濕模態(tài)
關(guān)注創(chuàng)建者：技術(shù)鄰小李 創(chuàng)建時(shí)間：2019-09-13
濕模態(tài)的視頻教程
Workbench聲模態(tài)（濕模態(tài)）教學(xué)案例
? ? ?采用Workbench19.0 中的Modal Acoustics?模塊進(jìn)行了聲模態(tài)（濕模態(tài)）自由模態(tài)的仿真，仿真過程考慮加速度、溫度、自由液面以及對(duì)應(yīng)頻率范圍了的液體晃動(dòng)情況，結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、液體晃動(dòng)速度和聲壓分布情況。案例文件見附件，有疑問請(qǐng)咨詢QQ：921238461.
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盛水容器濕模態(tài)分析_ANSYS Workbench19.0版本_無(wú)聲操作版本
Workbench18.2以后有關(guān)濕模態(tài)是通過Modal Acoustics實(shí)現(xiàn)，而并不再需要act插件來實(shí)現(xiàn)，今天就盛水容器的濕模態(tài)分析的一個(gè)案例，說明如何實(shí)現(xiàn)
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ANSYS WORKBENCH濕模態(tài)分析
軟件：ANSYS WORKBENCH 內(nèi)容：講解水底管道濕模態(tài)分析的技術(shù)路線及整個(gè)流程分析
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濕模態(tài)的實(shí)例教程
干模態(tài)計(jì)算設(shè)置如下：
4、空調(diào)管路濕模態(tài)分析
濕模態(tài)分析考慮流體介質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響，即將冷媒對(duì)管路模態(tài)的影響影視考慮進(jìn)去，在這里我們需要注意的是冷媒并沒有流速，是靜止?fàn)顟B(tài)的，沒有重力影響的，對(duì)壁面的壓力也為0。
在用Wockbench中Model Acoustics模塊進(jìn)行濕模態(tài)分析時(shí)，需要將流體與所接觸的固體放入一個(gè)part中，使其共節(jié)點(diǎn)，否則計(jì)算會(huì)報(bào)錯(cuò)。濕模態(tài)分析具體設(shè)置步驟如下：
5、空調(diào)管路單向流固耦合分析
利用Fluent對(duì)流體在管路中的流動(dòng)進(jìn)行分析，計(jì)算出流體對(duì)管路的作用力，如壓力，在將作用力傳遞到結(jié)構(gòu)分析中的管路內(nèi)壁上，最后進(jìn)行模態(tài)分析，該過程的后半段相當(dāng)于預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，即將靜力分析結(jié)果傳遞到模態(tài)分析中去。
對(duì)流體的計(jì)算中，采用壓力基進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流求解，勾選考慮重力的影響，模型采用k-e模型，材料選用R410a，邊界條件設(shè)置為壓力入口和壓力出口，入口壓力設(shè)置為2.656MPa，出口壓力設(shè)置為2.502MPa，模型較為簡(jiǎn)單，收斂較容易，其他設(shè)置均默認(rèn)即可，初始化后便可開始進(jìn)行計(jì)算。Fluent基本設(shè)置如下：
計(jì)算完成后便可得到流體在流動(dòng)時(shí)對(duì)管壁的作用力，這里只分析壓力作用，其云圖如下，可以觀察到在入口、管路彎外受流體壓力影響較大。
展開 ==第44篇：濕模態(tài)分析==
2.1.1 濕模態(tài)概念
一個(gè)結(jié)構(gòu)體在真空中的振動(dòng)和在周圍流體介質(zhì)中的振動(dòng)有時(shí)差異巨大，必須分開考慮，此時(shí)有干濕模態(tài)之分，以下干濕模態(tài)概念選之：結(jié)構(gòu)振動(dòng)問題中的干模態(tài)和濕模態(tài) - 知乎 (zhihu.com)
模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問題中最為普遍的一個(gè)問題，大家對(duì)這個(gè)概念也非常熟悉，它是結(jié)構(gòu)的固有特性，在不考慮阻尼的影響下，只與結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量有直接關(guān)系。
本文所涉及的問題是有關(guān)干、濕模態(tài)的計(jì)算，屬于模態(tài)問題中經(jīng)常遇到的問題。通常我們所計(jì)算的模態(tài)其實(shí)是干模態(tài)，主要是由于結(jié)構(gòu)放置在空氣中而空氣這一流體對(duì)結(jié)構(gòu)的影響幾乎可以忽略不計(jì)，所以基本上可以默認(rèn)為就是干模態(tài)。
但是嚴(yán)格意義上講，受流體附帶阻尼及剛度的影響，這類的模態(tài)仍然是濕模態(tài)。所謂濕模態(tài)是考慮流體對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，也就是在通用的振動(dòng)方程中加入了有關(guān)流體的附加質(zhì)量及剛度矩陣（Kx、Mx），這塊相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)的模態(tài)存在一定的影響，尤其是涉及諸如油、水等液體的作用。舉例來講，司馬光砸缸的那口缸，在加水和不加水的情況下，砸缸的聲音肯定是不一樣的，一個(gè)明顯清脆寬廣，一個(gè)就顯得沉悶。再比如我們車載的油箱結(jié)構(gòu)，在加滿汽油和未加滿汽油的情況下，兩者的模態(tài)肯定是不一樣的。另外還有諸如潛艇、船舶、油罐車等結(jié)構(gòu)。所以，對(duì)于受到液體作用顯著的結(jié)構(gòu)，我們?cè)谟?jì)算的時(shí)候需要研究其濕模態(tài)。
2.1.2 濕模態(tài)分析方法
當(dāng)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部或者外部和流體接觸時(shí)，結(jié)構(gòu)受到流體的壓力作用而發(fā)生變形，而變形又會(huì)反過來對(duì)流體邊界有影響，形成一個(gè)流體壓力->結(jié)構(gòu)變形->流體壓力變化的典型流固耦合系統(tǒng)。流固耦合的體系相當(dāng)龐大，我們只討論流體載荷對(duì)一個(gè)振動(dòng)結(jié)構(gòu)的耦合作用。
有兩種可能的情況:
（1）一種可能是結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致流體壓縮或膨脹，影響流體對(duì)結(jié)構(gòu)的壓力，典型例子是船體或者浮動(dòng)平臺(tái)越來越長(zhǎng)后，會(huì)影響船體周圍的波浪形式。
展開 潛艇水下的振動(dòng)模態(tài)，稱為水下潛艇的濕模態(tài)。</p>
<p>建模過程中需要建立流固耦合模型，其中流體為理想流體，滿足如下基本假設(shè)：</p>
<p>（1）流體是無(wú)粘和可壓縮的：</p>
<p>（2）聲波振幅相對(duì)較窄，這樣流體密度變化較小；</p>
<p>（3）波傳播與熱力學(xué)過程是絕熱的。</p>
<p>注：例子來自《<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS Workbench</a>設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化 第3版》p61，原書中采用插入命令流方式實(shí)現(xiàn)流固耦合，之前寫過采用act插件實(shí)現(xiàn)，<a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1197433" target="_blank" title="水下潛艇濕模態(tài)分析(插入命令流與ACT對(duì)比)">水下潛艇濕模態(tài)分析(插入命令流與ACT對(duì)比)</a>。在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS</a>高版本中，已經(jīng)帶有聲學(xué)<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/fea" class="jsk-anchor">模態(tài)分析</a>模塊Modal Acoustics，本文將采用該模塊來分析。
展開 圖29 各階模態(tài)振型
本文中的算例綜合自CAENET技術(shù)中心頻道的兩篇文章《流體作用下彎曲管道應(yīng)力分析》《流體作用下彎曲管道濕模態(tài)分析》，作者：faee0。
通常進(jìn)行的模態(tài)分析都是在空氣中進(jìn)行，由于空氣密度小，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響小，在計(jì)算時(shí)通常忽略了空氣的作用，默認(rèn)為真實(shí)條件進(jìn)行模態(tài)分析。對(duì)于受流體作用的結(jié)構(gòu)，由于流體密度相對(duì)空氣密度大，在進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)需要考慮液體與固體的耦合作用。將默認(rèn)的真空條件下進(jìn)行的模態(tài)分析稱為干模態(tài)分析，考慮了液固耦合作用模態(tài)計(jì)算的稱為濕模態(tài)分析。本案例重點(diǎn)在于講述如何在optistruct中進(jìn)行濕模態(tài)分析，同時(shí)也給出了干模態(tài)的結(jié)果進(jìn)一步對(duì)比二者之間的差異。
濕模態(tài)分析結(jié)果動(dòng)畫
干模態(tài)分析結(jié)果動(dòng)畫
濕模態(tài)前六階模態(tài)頻率分別為11.36Hz、20.43Hz、27.51Hz、30.89Hz、39.48Hz、39.58Hz；干模態(tài)前六階模態(tài)頻率分別為13.60Hz、25.27Hz、36.54Hz、48.86Hz、52.31Hz、60.39Hz。
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第四十四篇：聲學(xué)分析(3)-濕模態(tài)
? 油液的影響非常顯著，2/3/4方法對(duì)比單獨(dú)箱體的結(jié)構(gòu)模態(tài)有顯著區(qū)別；
? 分布質(zhì)量方式和濕模態(tài)方式，兩個(gè)計(jì)算結(jié)果相似。
? 推薦使用：濕模態(tài)>>分布質(zhì)量>>質(zhì)量點(diǎn)>>單獨(dú)箱體
有條件的應(yīng)該增加實(shí)驗(yàn)測(cè)試！！
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結(jié)果顯示，iSolver內(nèi)置的虛擬流體質(zhì)量功能能夠非常方便地計(jì)算船舶的濕模態(tài)，無(wú)需對(duì)水域進(jìn)行建模，結(jié)果比Abaqus更貼近實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
第二個(gè)案例是《薄壁板加固和內(nèi)置工字鋼梁的復(fù)合混凝土柱軸向壓縮模擬》。這個(gè)案例旨在評(píng)估iSolver在處理包含多材料、多零件復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的力學(xué)計(jì)算表現(xiàn)。
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結(jié)果對(duì)比如下所示：
3 濕模態(tài)的計(jì)算與對(duì)比
濕模態(tài)的計(jì)算中，在Abaqus使用聲學(xué)單元建立水域，在iSolver直接使用軟件內(nèi)置的施加虛擬流體質(zhì)量設(shè)置（用戶手冊(cè)第4.14節(jié)）。
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第四十四篇：聲學(xué)分析(3)-濕模態(tài)
而Ansys、Abaqus暫時(shí)沒有虛擬質(zhì)量方法，都是直接采用基于聲學(xué)有限元的流固耦合來求濕模態(tài)。
本章只介紹基于虛擬質(zhì)量的濕模態(tài)計(jì)算。
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