abaqus旋轉(zhuǎn)模態(tài)的案例
旋轉(zhuǎn)機械階次模態(tài)分析技術(shù)
01
OBMA綜述
旋轉(zhuǎn)機械廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)場合中，識別旋轉(zhuǎn)機械在運行狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)，有利于解決旋轉(zhuǎn)機械的減振降噪、故障診斷和產(chǎn)品優(yōu)化等問題。傳統(tǒng)的運行模態(tài)分析（Operational Modal Analysis，OMA）方法基于白噪聲激勵的假設(shè)，不需要測量激振力，只需要測量結(jié)構(gòu)在運行狀態(tài)下的振動響應(yīng)信號就可進行模態(tài)參數(shù)識別。但是旋轉(zhuǎn)機械在運行狀態(tài)下所受的激勵以頻率為轉(zhuǎn)頻和轉(zhuǎn)頻倍頻的諧波激勵為主，白噪聲激勵的假設(shè)不再成立，OMA方法在旋轉(zhuǎn)機械的模態(tài)參數(shù)識別中受到了限制。PSD或HPSD中的諧波頻率可能會被錯誤地識別為共振頻率，產(chǎn)生虛假模態(tài)，也稱作“諧波模態(tài)”。
OBMA技術(shù)的發(fā)展
為了在使用OMA方法之前消除諧波的影響，可以通過插值或二次重采樣的方法，但是若諧波激勵在總激勵中占主導地位，該方法并不能完全消除諧波對于模態(tài)參數(shù)識別的影響。故而衍生出了基于階次的運行模態(tài)分析（Order Based Modal Analysis，OBMA）方法。OBMA方法認為轉(zhuǎn)子升速或降速的過程是一個掃頻激勵的過程，將階次跟蹤（Order Tracking，OT）技術(shù)與傳統(tǒng)的運行模態(tài)分析方法相結(jié)合，利用階次跟蹤技術(shù)提取旋轉(zhuǎn)機械在某一階激勵下的幅值和相位隨轉(zhuǎn)速上升或下降的變化趨勢，進行處理后將其作為偽頻響函數(shù)，進行模態(tài)參數(shù)識別。
2006年，Janssens等首次明確提出了基于階次的運行模態(tài)分析方法。
展開 旋轉(zhuǎn)機械葉片的模態(tài)有限元分析
葉片設(shè)計對于旋轉(zhuǎn)機械的運行起著重要的作用。如在渦輪整機運行期中，隨著渦輪機轉(zhuǎn)速的增加，離心力也會增加，有時運轉(zhuǎn)環(huán)境是高溫，在這種高壓高溫的工況下，渦輪機葉片的設(shè)計就格外重要。
對于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，除了必要的動靜平衡要求，有限元仿真方法還可以對葉片的振動和強度進行分析，還可以通過模態(tài)分析來了解葉片的振動與動態(tài)運行特性。
通用有限元軟件WELSIM就提供了模態(tài)分析功能。只需要簡單的設(shè)置，用戶可以方便、快速、準確的得到結(jié)構(gòu)件的固有頻率和振型。下面我們以渦輪機葉片為例，看看如何對其進行模態(tài)分析。
打開WELSIM軟件后。首先設(shè)置材料屬性。添加一個材料節(jié)點，并命名為myMat，設(shè)定楊氏模量為9.7e7 kg/(mm s2)，泊松比0.3，質(zhì)量密度4.72e-6 kg/mm3。這是一個鈦合金的材料。
設(shè)置分析類型，在FEM項目節(jié)點屬性中，設(shè)置分析類型為模態(tài)（Modal）。
通過導入STEP文件來建立一個轉(zhuǎn)子的模型。并賦予myMat材料屬性。如圖所示：
在網(wǎng)格設(shè)置中，選用高階（Quadratic）單元和高密度（Very Fine）網(wǎng)格。共生成了483,163個節(jié)點，281,050個Tet10單元。
對于沒有約束的三維結(jié)構(gòu)，前6階的固有頻率為零。為了解實際工況下葉片的固有頻率和振型，在葉片與轉(zhuǎn)子連接處添加約束。如圖所示，
點擊求解按鈕。系統(tǒng)默認是計算前6階模態(tài)，所以我們添加6個變型結(jié)果節(jié)點，來分別查看振型。
一階振型，固有頻率為2286.3Hz。
二階振型，固有頻率為3201Hz。
三階振型，固有頻率為5206.1Hz。
四階振型，固有頻率為5744Hz。
展開 旋轉(zhuǎn)機械的模態(tài)分析及模型簡化思路
Ansys轉(zhuǎn)子動力學案例.pdf
在轉(zhuǎn)子動力學中，經(jīng)常采用的力學模型有兩種：連續(xù)質(zhì)量模型和離散質(zhì)量模型；
連續(xù)質(zhì)量模型基本按轉(zhuǎn)子的實際結(jié)構(gòu)，將轉(zhuǎn)子視為質(zhì)量連續(xù)的彈性體，在數(shù)學上描述連續(xù)質(zhì)量模型的運動通常用偏微分方程；但由于實際轉(zhuǎn)子的幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在數(shù)學上很難列出偏微分方程定解問題的邊界條件，求解較為復(fù)雜，因而在實際應(yīng)用中受到很大限制；
離散質(zhì)量模型是將實際結(jié)構(gòu)離散化，將連續(xù)的無限自由度模型變成離散的有限自由度模型，描述其運動的往往是常微分方程；
離散質(zhì)量模型又依據(jù)離散方法的不同分為有限元模型與集中質(zhì)量模型，有限元模型是將連續(xù)的旋轉(zhuǎn)體離散成按一定方式相互連接的數(shù)目有限的單元的組合體；集中質(zhì)量模型是將實際轉(zhuǎn)子簡化為一系列無質(zhì)量的彈性軸和固結(jié)在此軸上的有質(zhì)量的剛性盤，構(gòu)成所謂的盤軸系統(tǒng)。
有限元模型往往單元數(shù)量很大，對實際結(jié)構(gòu)的簡化近似很小，因而可以得到較為精確的計算結(jié)果，但計算量同時也很大；相比之下，集中質(zhì)量模型結(jié)構(gòu)簡單，計算量小；如果簡化合理，往往也能得到較為精確的結(jié)果。
另外，轉(zhuǎn)子動力學的常用的數(shù)學計算方法，傳遞矩陣法；該方法的主要特點是矩陣的階數(shù)不會隨系統(tǒng)自由度的增加而增加，編程簡單、運算速度快，尤其適合MATLAB等數(shù)值計算軟件進行處理，基于集中質(zhì)量模型來進行計算，由于其將大量的結(jié)構(gòu)信息簡化為極為簡單的的集中質(zhì)量——梁模型，不能確保模型的完整性
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展開 ANSYS 高速旋轉(zhuǎn)輪盤考慮離心載荷引起的預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析
本問題是對某高速旋轉(zhuǎn)的輪盤進行考慮離心載荷引起的預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析。該輪盤安裝在某轉(zhuǎn)軸上以12000轉(zhuǎn)/分的速度高速旋轉(zhuǎn)。其材料為鋼，相關(guān)參數(shù)為：楊氏模量EX=2.1E5Mpa，泊松比為PRXY=0.3,密度DENS=7.8E-9Tn/mm^3。
APDL命令：
ANSYS 高速旋轉(zhuǎn)輪盤考慮離心載荷引起的預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析.txt
分析結(jié)果如圖所示：
[結(jié)構(gòu)分析] 關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸模態(tài)分析中面約束和節(jié)點約束的問題，不解！
我在計算旋轉(zhuǎn)軸帶有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析，整了好長時間，有些東西還是沒整明白。
我建模好后，開始計算，我新建一個柱坐標，裝軸承部位，軸向和周向約束（UY和UZ），徑向自由（UX），我使用面約束計算，如圖1
，計算完成后，出了模態(tài)結(jié)果。但是我在重新計算時，想約束節(jié)點，約束的時候，select--entities，選擇圓周面，再attach to面上的節(jié)點，然后進行約束所選的節(jié)點（也就是圓周面上的所有節(jié)點），如圖2
,結(jié)果一開始solve--current LS，ansys就自動退出，不知道為什么？
按ansys的介紹，直接約束面，在計算的時候會自動轉(zhuǎn)化到節(jié)點，怎么約束節(jié)點就計算不了，我主要是想驗證一下兩個的區(qū)別，因為我發(fā)現(xiàn)在約束面的時候，只出現(xiàn)，all dof 和ux、uy、uz，想約束兩個方向還要約束兩次，一次只能選擇一個。而約束節(jié)點時，出來的自由度有很多，而且可以一次選擇其中的幾個。望賜教，謝謝！
展開 【ABAQUS模態(tài)動力學】Composite&abaqus 預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析&輸出單元剛度矩陣
參考
連接器振動脫落_abaqus重啟動分析_顯式隱式切換_插拔力預(yù)應(yīng)力模態(tài)_TeeSim天深科技
Abaqus預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載- 技術(shù)鄰
Natural frequency extraction - SIMULIA 用戶幫助 2020 User guide
《結(jié)構(gòu)動力學》
振動理論及工程應(yīng)用_天津大學_中國大學MOOC(慕課)
Eigenvalue extraction - SIMULIA 用戶幫助 2020 Theory
1. 什么是模態(tài)分析？
模態(tài)分析是指求解多自由度系統(tǒng)的模態(tài)振型及振動頻率的過程。模態(tài)分析可簡單地分為自由模態(tài)分析和約束模態(tài)分析。
自由模態(tài)分析：不加任何約束，進行求解（會出現(xiàn)前六階0模態(tài)）
約束模態(tài)分析：施加完整的約束，模型不會出現(xiàn)剛體模態(tài) 還可以分類為：
預(yù)應(yīng)力模態(tài)（典型例子：吉他琴弦）
干模態(tài)分析(空氣中)
濕模態(tài)分析（流體耦合作用不可忽略）
2. 單自由度系統(tǒng)振幅和固有頻率的求解
模態(tài)分析的本質(zhì)上是求解一定條件下的結(jié)構(gòu)動力學方程。
展開 ABAQUS案例-旋轉(zhuǎn)對稱子模型分析及旋轉(zhuǎn)對稱模型在溫度場和過盈裝配下的應(yīng)力位移分析與過約束檢查 ￥3
旋轉(zhuǎn)對稱分析可以大大降低工作量以及計算量，本實例（附件中inp文件）演示了在何種情況下以及如何采用旋轉(zhuǎn)對稱子模型進行整結(jié)構(gòu)分析。本實例中采用了旋轉(zhuǎn)對稱子模型分析結(jié)構(gòu)在溫度場和過盈裝配下的應(yīng)力位移分布及計算過盈面總裝配作用力。并演示了如何避免過約束以及如何在局部坐標系下查看應(yīng)力和位移。
案例13 基于模態(tài)的振動響應(yīng)（Abaqus計算模態(tài)）
之前在superxjw版主的第二課中介紹了如何利用VL計算基于模態(tài)的振動響應(yīng)，但是有網(wǎng)友是采用Abaqus計算模態(tài)，然后用VL來計算后續(xù)的振動響應(yīng)以及聲學響應(yīng)，然后就詢問如何導入Abaqus的模態(tài)分析結(jié)果，因此，做了一個導入Abaqus的模態(tài)結(jié)果，然后進行振動響應(yīng)計算的案例，給大家分享一下。
superxjw版主的視頻教程：
LMS Virtual.Lab 11聲學視頻教程 第二課 基于模態(tài)的振動響應(yīng)計算
對于VL的接口方面：
VL11SL2和VL12都是支持到Abaqus 6.12
所以，喜歡追求新版本，使用Abaqus6.13的朋友們就得注意一下版本的問題了。
感謝阿偉在本人學習LMS Virtual.Lab過程中的幫助！
本例視頻及Abaqus模態(tài)計算結(jié)果文件下載地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=4100661600&uk=1728334102
LMS Virtual.Lab Acoustics 交流群 238339600
展開 Hypermesh與ABAQUS聯(lián)合的模態(tài)分析 附HyperMesh模態(tài)分析步驟下載
圖6 約束施加
7、載荷條件
模態(tài)為系統(tǒng)固有振動屬性，無法在對應(yīng)分析步中設(shè)定載荷，如需考結(jié)構(gòu)在某載荷作用下的振動屬性，可進行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。
最后單擊Load Steps下的Step1，將Output Blocks與Load Collectors與其對應(yīng)，如圖8所示。
圖8 分析步設(shè)定修改
通過File->Export->Solver Deck進行模型導出。
ABAQUS部分
1、文件導入
進入ABAQUS中，通過File->import->Model進行inp文件導入。
2、檢查設(shè)定
通過各個模塊檢查設(shè)定，無誤，并創(chuàng)建作業(yè)提交求解。
3、后處理
得到的一階及二階模態(tài)振型如下。
圖9 一階模態(tài)振型
圖10 二階模態(tài)振型
下載地址：HyperMesh模態(tài)分析步驟
展開 Abaqus旋轉(zhuǎn)車削案例
計算過程包含兩個Step：
Step-1：工件旋轉(zhuǎn)加速階段；
Step-2：車削階段。
這兩個階段均采用“Dynamic, Temp-Disp, Explicit”分析類型，工件材料考慮了塑性、Johnson-Cook影虎、Johnson-Cook失效等，刀具采用了Rigid 。
abaqus中旋轉(zhuǎn)角度？
abaqus中我想給個長方體兩端面固定，然后給長方體除了兩端面添加旋轉(zhuǎn)角度，這個長方體會發(fā)生變形，最后想看變形后的力？該如何做？
abaqus中旋轉(zhuǎn)角度？
abaqus中我想給長方體兩端面施加固定約束，除了長方體兩端面添加旋轉(zhuǎn)角度，看長方體發(fā)生變形，最后看變形中的力？該如何設(shè)置？
abaqus旋轉(zhuǎn)摩擦焊3d仿真案例 ￥188
兩個案例視頻+兩個案例文件
仿真結(jié)果很清楚，焊接、材料、結(jié)構(gòu)分析都能用適合做形貌驗證、縮短量對比、飛邊形態(tài)對比、溫度場分析、熱影響區(qū)寬度、殘余應(yīng)力場分析
視頻制作不易，想交流小伙伴，可私我。
abaqus實現(xiàn)膝蓋旋轉(zhuǎn)動力學仿真
采用abaqus軟件，建立了膝蓋動力學仿真模型，重點考察股骨和髕骨的運動接觸行為。
結(jié)果如圖
考慮壩體-庫水相互作用的重力壩模態(tài)分析--對比分析ANSYS和ABAQUS重力壩流固耦合模態(tài)結(jié)果
ANSYS壩體-庫水有限元模型
ABAQUS壩體-庫水幾何模型及約束條件
（1）首先對比分析，ANSYS與ABAQUS混凝土重力壩空庫模態(tài)分析結(jié)果
（2）壩體-庫水流固耦合模型，模態(tài)分析結(jié)果對比
ANSYS與ABAQUS計算前12階模態(tài)對比分析結(jié)果
階數(shù)
ABA滿庫自振頻率/Hz
ANS滿庫自振頻率/Hz
ANSYS-ABAQUS誤差百分比
1
5.5487
5.5717
0.004145115
2
6.7567
6.7702
0.001998017
3
9.5858
9.6043
0.001929938
4
13.922
14.013
0.006536417
5
16.358
16.42
0.003790194
6
17.76
17.786
0.001463964
7
19.648
19.741
0.004733306
8
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