ansys模態(tài)阻尼計(jì)算
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys模態(tài)阻尼計(jì)算的視頻教程
ansys模態(tài)阻尼計(jì)算的實(shí)例教程
圖2 理論推導(dǎo)的模型
圖3 數(shù)值驗(yàn)證采用的有限元模型
這里僅列出單頻振子時(shí)的模態(tài)阻尼比計(jì)算公式如式（1），雙頻振子的情況詳見(jiàn)原文。如圖4所示算例中，理論推導(dǎo)的模態(tài)阻尼比可以很好的描述寬頻減振效果。在文章中還對(duì)理論的適用范圍進(jìn)行了更詳細(xì)的討論。
（1）
圖4 理論計(jì)算模態(tài)阻尼比曲線與FEM頻響比較
有了式（1）的模態(tài)阻尼比計(jì)算理論，就可以直接基于理論公式進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，在目標(biāo)頻段上進(jìn)行減振設(shè)計(jì)。圖5是優(yōu)化的模態(tài)阻尼分布曲線與相應(yīng)的控制效果。
模態(tài)分析的單元
在使用ANSYS計(jì)算結(jié)構(gòu)在水中的模態(tài)時(shí)，F(xiàn)IUID29、FIUID30單元分別用來(lái)模擬二維和三維流體部分，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型則利用PLANE42、SOIID45等單元來(lái)構(gòu)造，其中，PLANE42和SOLID45單元用來(lái)構(gòu)造二維和三維結(jié)構(gòu)模型。采用三維模型，流體選用FIUID30單元，結(jié)構(gòu)則采用SOLID45單元。
FLUID30是流體聲單元，用于模擬流體介質(zhì)及流固耦合問(wèn)題。該單元有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有4個(gè)自由度，分別是X、Y、Z 3個(gè)方向的位移自由度和1個(gè)壓力自由度，為各向同性材料。輸入材料屬性時(shí)，需要輸入流體的材料密度(作為DENS輸入)，及流體聲速(作為S0NC輸入)，流體粘性產(chǎn)生的損耗效應(yīng)忽略不計(jì)。
SOIID45單元用于構(gòu)造三維實(shí)體結(jié)構(gòu)。單元通過(guò)8個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)沿著X、Y、Z方向平移的自由度。
在利用ANSYS建模分析時(shí)，流場(chǎng)域單元屬性分為2種，由KEYOPT(2)(指定流體和結(jié)構(gòu)分界處結(jié)構(gòu)是否存在)控制，在流固耦合交界面上的單元KEYOPT(2)=0，表示分界面處有結(jié)構(gòu)，其他流體單元KEYOPT(2)=1，表示分界面處無(wú)結(jié)構(gòu)。流體一結(jié)構(gòu)分界面應(yīng)通過(guò)面載荷標(biāo)志出來(lái)，指定FSI label(不需數(shù)值)可以把分界面處的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和流體壓力耦合起來(lái)，分界面標(biāo)志必須在分界面處的流體單元標(biāo)出。
模態(tài)分析的步驟
1)建立流體單元的實(shí)體模型。建立流體模型，首先需要確定流體域的范圍，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，假定固體結(jié)構(gòu)周圍只有有限范圍的流體，數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)流體區(qū)域足夠大時(shí)，這一假定的結(jié)果與假定流體為無(wú)限邊界流體的結(jié)果的誤差應(yīng)小于1%。一般情況下可以取流體區(qū)域的半徑為固體結(jié)構(gòu)半徑(其中矩形截面取其邊長(zhǎng)的1／2作為半徑)的5倍以上。
展開 在各種阻尼輸入下，ANSYS程序計(jì)算出的第i個(gè)模態(tài)的總模態(tài)阻尼比是
（5.1.7）
ANSYS計(jì)算模態(tài)阻尼比的公式
其中前兩項(xiàng)是 阻尼與 阻尼對(duì)應(yīng)的模態(tài)阻尼比，第三項(xiàng)是輸入的全結(jié)構(gòu)阻尼比，第四項(xiàng)是輸入的模態(tài)阻尼比，最后一項(xiàng)是M種材料的材料阻尼系數(shù) 產(chǎn)生的模態(tài)阻尼比。其中 是第j種材料對(duì)應(yīng)的模態(tài)應(yīng)變能，在日本減震規(guī)范中，就是采用此此應(yīng)變能公式來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)阻尼比的。
?注意：
如前所述，在做Full積分法的瞬態(tài)分析時(shí)，用阻尼比定義的阻尼都被ANSYS程序忽略掉了，所以同一個(gè)模型采用full法和模態(tài)疊加法的瞬態(tài)分析，ANSYS計(jì)算采用的阻尼可能不一樣，造成結(jié)果也有差別。
以下是結(jié)構(gòu)分析中常用的幾種阻尼輸入的ANSYS命令流演示。
1）用MP,damp來(lái)輸入粘滯阻尼
DAMPRATO=0.025 ! 已知粘滯阻尼的阻尼比
LOSSMODM=2*DAMPRATO ! 粘滯阻尼的阻尼比乘以2是等價(jià)的材料阻尼系數(shù)(日
!本規(guī)范的
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背景 寬帶振動(dòng)涉及很多領(lǐng)域，如車輛工程、航空工程、土木工程等。如圖1所示在相關(guān)領(lǐng)域中需要控制1~80Hz的全身振動(dòng)舒適度，以及20~500Hz的結(jié)構(gòu)固體噪聲（structural-borne noise）。當(dāng)頻率較高時(shí)振動(dòng)模態(tài)更為密集、波長(zhǎng)更短，采用分布式振子是相關(guān)控制技術(shù)的一個(gè)基本特征。相關(guān)研究包括包括多調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（MTMD）、分布式多調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（DMTMD），局域共振超材料或超結(jié)構(gòu)等。
模態(tài)分析的單元
在使用ANSYS計(jì)算結(jié)構(gòu)在水中的模態(tài)時(shí)，F(xiàn)IUID29、FIUID30單元分別用來(lái)模擬二維和三維流體部分，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型則利用PLANE42、SOIID45等單元來(lái)構(gòu)造，其中，PLANE42和SOLID45單元用來(lái)構(gòu)造二維和三維結(jié)構(gòu)模型。采用三維模型，流體選用FIUID30單元，結(jié)構(gòu)則采用SOLID45單元。
FLUID30是流體聲單元，用于模擬流體介質(zhì)及流固耦合問(wèn)題。該單元有
在各種阻尼輸入下，ANSYS程序計(jì)算出的第i個(gè)模態(tài)的總模態(tài)阻尼比是
（5.1.7）
ANSYS計(jì)算模態(tài)阻尼比的公式
其中前兩項(xiàng)是 阻尼與 阻尼對(duì)應(yīng)的模態(tài)阻尼比，第三項(xiàng)是輸入的全結(jié)構(gòu)阻尼比，第四項(xiàng)是輸入的模態(tài)阻尼比，最后一項(xiàng)是M種材料的材料阻尼系數(shù) 產(chǎn)生的模態(tài)阻尼比。其中 是第j種材料對(duì)應(yīng)的模態(tài)應(yīng)變能，在日本減震規(guī)范中，就是采用此此應(yīng)變能公式來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)阻尼比的。
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