模態(tài)應(yīng)力
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-09-02
模態(tài)應(yīng)力的視頻教程
ansys fluent電路板強(qiáng)制對流換熱、熱應(yīng)力、模態(tài)、ncode隨機(jī)振動及正弦振動疲勞-多場耦合
、熱應(yīng)力對模態(tài)的影響與不考慮熱應(yīng)力進(jìn)行對比分析； ncode進(jìn)行隨機(jī)振動疲勞以及正弦振動疲勞分析注意事項，S-N曲線的估計方法，以及后處理等操作
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MSC一體化疲勞仿真解決方案
了解如何使用涉及多體動力學(xué)，結(jié)構(gòu)動力學(xué)和疲勞技術(shù)的端到端耐用性工作流程，來完成零部件載荷曲線，模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)，疲勞壽命等分析。 發(fā)現(xiàn)新的CAE技術(shù)，以確保產(chǎn)品在承受復(fù)雜的周期性載荷時的疲勞性能。 了解最先進(jìn)的一體化疲勞仿真解決方案及工程案例。
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更智能的3D打印設(shè)計和工藝仿真應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)研討會
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模態(tài)應(yīng)力的實例教程
1 引言
在汽車結(jié)構(gòu)CAE分析中，模態(tài)分析、頻響分析和隨機(jī)響應(yīng)分析都是常見的分析項，這些分析項在主機(jī)廠都是被劃分到NVH領(lǐng)域，而NVH工程師主要關(guān)心的是加速度和位移響應(yīng)，不太關(guān)心應(yīng)力。所以文獻(xiàn)資料中對模態(tài)應(yīng)力、頻響應(yīng)力、和PSD應(yīng)力的介紹非常少。
近幾年來，基于道路譜的整車結(jié)構(gòu)疲勞分析已經(jīng)開始從準(zhǔn)靜態(tài)多通道法轉(zhuǎn)換到模態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)法，頻域內(nèi)的強(qiáng)度和疲勞分析也已大量應(yīng)用。實施這些動態(tài)的強(qiáng)度疲勞分析必然要涉及到上述三種應(yīng)力，所以我們有必要對模態(tài)應(yīng)力、頻響應(yīng)力和PSD應(yīng)力的概念做一些討論。
2 模態(tài)分析和模態(tài)應(yīng)力
我們通常說的模態(tài)指的是結(jié)構(gòu)的實模態(tài)，其物理含義是，在沒有外界激勵和阻尼的條件下，結(jié)構(gòu)自身按特定頻率和特定的變形模式做簡諧振動，這個特寫頻率就是結(jié)構(gòu)的固有頻率，這種變形模式就叫做模態(tài)振型。
通過求解振動特征方程，可以得到特征值與特征向量，即可得到相應(yīng)的固有頻率與模態(tài)振型。固有頻率和模態(tài)振型是結(jié)構(gòu)固有的一種屬性，它只與結(jié)構(gòu)的形狀、約束形式、材料特性等有關(guān)，而與其他輸入（例如加載）無關(guān)。
模態(tài)振型是一種結(jié)構(gòu)變形模式，這種變形所對應(yīng)的應(yīng)力分布就叫做模態(tài)應(yīng)力。進(jìn)行模態(tài)分析時，如果打開應(yīng)力結(jié)果輸出選項，對應(yīng)每一階固有頻率，就有對應(yīng)的模態(tài)應(yīng)力結(jié)果輸出。
展開 關(guān)于adams中的柔性體模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)（modal stress recovery）：
1 在用有限元軟件生成MNF的時候，是可以選擇是否包含應(yīng)力，應(yīng)變信息的。由于我們在adams中只關(guān)心變形（即特征值，特征向量），且希望柔性體文件較小，因此一般不選應(yīng)力，應(yīng)變。但是若要查看應(yīng)力，此時就需要選上。
2 MSC Fatigue提供了一種基于模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)的進(jìn)行疲勞計算的方法。其一般步驟是：（1）利用有限元Nastran生成MNF文件（包含變形及應(yīng)力，供adams使用），及XDB文件（包含模態(tài)應(yīng)力，modal stress）（2）利用帶有MNF文件的Adams模型進(jìn)行工況仿真，利用durability插件輸出部件的模態(tài)位移（modal coordinate）；（3）在MSC Fatigue中進(jìn)行加載，其中載荷信息是由上述兩部分組成，每階模態(tài)的模態(tài)應(yīng)力及相對應(yīng)的模態(tài)位移。
PS：以上為個人理解，歡迎指正。
展開 基于模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)的有限元疲勞分析方法
1.JPG
基于模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)的有限元疲勞分析方法.pdf
分析過程
典型命令
INISTATE, Action, Val1, Val2, Val3, Val4, Val5, Val6, Val7, Val8, Val9——定義初始狀態(tài)參數(shù)
INISTATE, SET, Val1, Val2
INISTATE, DEFINE, ID, Eint, Klayer, Parmint, Cxx, Cyy, Czz, Cxy, Cyz, Cxz
其余命令
注：在
ANSYS
的早期版本中，如
Link
、
Beam
單元等加初始應(yīng)力應(yīng)變的方法可以直接給實常數(shù)；但在后期高版本中，改為通過
INISTATE
命令添加；添加初始應(yīng)力應(yīng)變的方法還可以利用“熱脹冷縮”效應(yīng)，通過溫度載荷實現(xiàn)
Workbench
設(shè)置
(
參數(shù)僅作示意
)
注：在
Workbench中實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，應(yīng)使模態(tài)分析模塊繼承靜力分析模塊的模型和結(jié)果部分。
算例
考慮一個扇葉結(jié)構(gòu)，以一定的角速度勻速旋轉(zhuǎn)時，由于慣性力作用，結(jié)構(gòu)剛度會有所提高，現(xiàn)對其進(jìn)行模態(tài)分析和預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。
有無預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析的前6階結(jié)果對比如下：
對比結(jié)果看出：由于扇葉旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生慣性力
(拉力)，提高了結(jié)構(gòu)的剛度，進(jìn)而提高了模態(tài)頻率。旋轉(zhuǎn)減速度越高，剛度提高越多，模態(tài)頻率就提高得越多。
下載地址：模態(tài)應(yīng)力、頻響應(yīng)力和PSD應(yīng)力
展開 1.模態(tài)應(yīng)力結(jié)果保存在op2結(jié)果文件中，結(jié)果中包含所有求解的模態(tài)階次的應(yīng)力結(jié)果。
2.模態(tài)應(yīng)力結(jié)果有幾個頻率，就需要設(shè)置幾個LC工況。
3.模態(tài)位移時間歷程結(jié)果保存在pch文件中，femfat無法直接識別，可以通過Ncode將其轉(zhuǎn)化為femfat可以識別的文件，如Ncode dac格式文件。
Ncode和femfat都可以進(jìn)行模態(tài)瞬態(tài)疲勞分析。有限元求解設(shè)置是一致的，包括模態(tài)應(yīng)力和模態(tài)位移時間歷程結(jié)果的生成。Ncode可以直接識別nastran的模態(tài)位移結(jié)果pch文件，而femfat無法直接識別pch格式的結(jié)果文件，因此需要通過中間轉(zhuǎn)換來完成，比如hypergraph、Ncode等工具或者自己寫個轉(zhuǎn)換工具。
模態(tài)瞬態(tài)疲勞分析和多通道靜態(tài)疲勞分析的設(shè)置基本是一致的。
（文章來源于CAE數(shù)值優(yōu)化輕量化 ，作者方永利）
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模態(tài)應(yīng)力的最新內(nèi)容
2.【2024年三等獎】韓晗 | 康明斯，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)仿真全流程自動化：論文使用Python對Ansys進(jìn)行二次開發(fā)，在SpaceClaim中自動創(chuàng)建幾何模型，Mechanical中實現(xiàn)了發(fā)動機(jī)模型接觸創(chuàng)建、載荷加載以及自動處理模態(tài)、應(yīng)力、疲勞等結(jié)果，并自動寫成結(jié)果報告。通過實現(xiàn)模型前處理和結(jié)果后處理的自動化，可以明顯提升分析效率和準(zhǔn)確性。
Ansys通過“穩(wěn)態(tài)計算-模態(tài)分析-耦合優(yōu)化”三步法實現(xiàn)精準(zhǔn)管控，而技術(shù)鄰則將這套方法拆解為可復(fù)制的教學(xué)模塊：在穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力分布計算環(huán)節(jié)，Ansys可定位框架焊縫、拐角等應(yīng)力集中部位，技術(shù)鄰講師會指導(dǎo)學(xué)員通過仿真發(fā)現(xiàn)床身拐角處應(yīng)力比其他區(qū)域高52%，并教授將直角拐角優(yōu)化為R15mm圓弧的實操技巧，使局部應(yīng)力降低30%；熱應(yīng)力模態(tài)分析環(huán)節(jié)，講師會結(jié)合機(jī)床主軸10000r/min的運行工況，講解如何通過Ansys
面向能源電力、石油化工、核電水利等領(lǐng)域的管網(wǎng)系統(tǒng)，AIPIPE集成建模、前處理、應(yīng)力/模態(tài)分析和結(jié)果處理功能，協(xié)助工程師快速校核管道強(qiáng)度。
AIPIPE 內(nèi)置豐富的管道數(shù)據(jù)庫，包括常用元件的管道管件庫、包含700多種物理特性和基于規(guī)范的許用應(yīng)力材料庫、可變彈簧庫和恒力彈簧庫、保溫數(shù)據(jù)庫以及自定義數(shù)據(jù)庫。
（3）模態(tài)歸一化與輸出控制：
設(shè)置MXPAND命令，展開模態(tài)振型并進(jìn)行質(zhì)量歸一化，便于后續(xù)分析；不進(jìn)行模態(tài)后應(yīng)力計算，以簡化分析輸出；不保存模態(tài)結(jié)果文件，用于快速試算階段。
（4）求解與完成：通過SOLVE命令啟動計算，最終輸出結(jié)構(gòu)的固有頻率和對應(yīng)振型信息，用于后續(xù)動力響應(yīng)分析。
對于接觸應(yīng)力的獲取，推薦應(yīng)用非線性有限元進(jìn)行分析；
03
柔性體是基于模態(tài)的方法建立的，意味著接觸力的求解是基于模態(tài)振型求解的，故在進(jìn)行有限元mnf輸出時，需要確保柔性體的模態(tài)數(shù)量能夠滿足分析的工況；
04
可以應(yīng)用模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)得到柔性體的應(yīng)力，但需要擁有Adams/Durability的license；
05
柔性體的接觸計算需要應(yīng)用C++求解器，同時只支持IMPACT方法
以典型特種裝備車體結(jié)構(gòu)為對比，采用無網(wǎng)格技術(shù)仿真計算了車體結(jié)構(gòu)的模態(tài)、靜態(tài)及動態(tài)強(qiáng)度特性，計算結(jié)果與有限元方法之間的相對誤差分別只有4.8%、2.5%和1.9%，無論是模態(tài)振型還是應(yīng)力分布狀態(tài)，無網(wǎng)格方法和有限元方法之間均具有很好的一致性。同時，相比于有限元方法，無網(wǎng)格方法的仿真計算效率提高了79.4%。
如圖所示的有限元模型，分別用體單元和殼單元表示兩種規(guī)模不同的模型，至于體單元和殼單元引起的模態(tài)，應(yīng)力結(jié)果等的差異不在本文討論的范圍之內(nèi)。
車床刀具的MAPDL容積圖
車床刀具的MAPDL模態(tài)主應(yīng)力
現(xiàn)實優(yōu)勢
對于全球的用戶而言，PyAnsys能夠帶來實實在在的好處。
網(wǎng)格類型和密度的選擇基于固有頻率和前三種模態(tài)相關(guān)應(yīng)力值的收斂性。如圖2所示，對于固有頻率來說，超過25000個節(jié)點，任何一種二次單元類型都有著良好的收斂性。
上面一排為4個不同模態(tài)時的model Stress，第二行從左到右分別為第一個模態(tài)的model Stress， Damage ratio，expected fatigue Life(模態(tài)應(yīng)力，損傷，預(yù)期疲勞壽命)。IGA和頻域分析求解器可以準(zhǔn)確的耦合。
