諧波響應(yīng)分析的案例
TEAPipe諧波與瞬態(tài)分析
TEAPipe諧波與瞬態(tài)分析簡單介紹 ：
Analysis of fexible parts with TEA Pipe Beam
Modal analyses---Harmonic Response
模態(tài)分析主要內(nèi)容：
1. 模態(tài)特征頻率
展示了進行模態(tài)分析的設(shè)置界面
2．激勵
諧波響應(yīng)分析中的激勵可以使用含有預先定義好的加速度施加在一個連接處上實現(xiàn)，能夠針對每個連接關(guān)系、中間支撐及 collector/separator使用多種不同的諧波激勵。
介紹了具體的設(shè)置界面及注意點。
3 諧波響應(yīng)分析
需要預先設(shè)置所計算的頻率范圍
4 后處理結(jié)果
展示三維模型對于頻率的模態(tài)振型，動畫演示，以及圖表顯示
Transient Response
1. 瞬態(tài)分析介紹
2. 激勵
選擇一個自由度，會自動施加加速度形式的激勵。用戶可以在幾何體上定義局部坐標系，然后在此局部坐標系上施加激勵，激勵一般包括三個元素（X,Y,Z）
3. 瞬態(tài)分析計算
計算時需要選擇瞬態(tài)求解器，能夠考慮慣量的影響。在connectors/supports上必須有一定的位移或加速度激勵。彈性體的計算，需要事先設(shè)置阻尼值。
4. 瞬態(tài)分析后處理
5. 準靜態(tài)與瞬態(tài)
準靜態(tài)分析不會考慮質(zhì)量，阻尼，摩擦力，精度較低
瞬態(tài)分析可以在無激勵情況下運行
詳細介紹，界面及后處理效果見附件
TEA pipe Beam__Chap05_Harmonic_Response.pdf
TEA pipe Beam__Chap06_Transient_Response.pdf
展開 案例39-引線鍵合超聲換能器
分析和求解控制
用線性攝動法進行預應(yīng)力模態(tài)分析
在一端接地且螺栓預緊力為50N的情況下進行靜態(tài)分析。然后使用線性攝動法和Block Lanczos特征求解器進行預應(yīng)力模態(tài)分析，
其中需要前40個模態(tài)。螺栓調(diào)整更改為零。
預應(yīng)力全諧波響應(yīng)分析
首先進行上述靜態(tài)分析。使用完整方法進行的預應(yīng)力諧波響應(yīng)分析用于計算57和60 kHz之間的頻率響應(yīng)（30個子步）。
在該諧波響應(yīng)分析中，使用線性攝動法來包括預應(yīng)力效應(yīng)。
螺栓調(diào)整變?yōu)榱?，施加電壓?V。
結(jié)果和討論
具有線性擾動的預應(yīng)力模態(tài)分析結(jié)果方法
在求解諧波響應(yīng)分析之前，了解系統(tǒng)的頻率內(nèi)容非常重要，模態(tài)分析提供了這些有價值的信息。
在求解器輸出中，z（縱向）方向上的參與因子列在模態(tài)分析的末尾，如下所示：
在z方向上具有高參與因子的模式是期望的縱向模態(tài)評估的候選。還應(yīng)檢查振型，以確定是否存在過度的橫向運動，因為這些振型在換能器操作期間不應(yīng)被激發(fā)。檢查在這種情況下的結(jié)果，模態(tài)16、30和39是感興趣的模態(tài)，如以下三個圖所示。
第二種感興趣的模態(tài)將在隨后的諧波響應(yīng)分析中進行研究：
值得注意的是，如果換能器用于更高頻率的應(yīng)用，第三種感興趣的模態(tài)為87.3kHz：
在所有模態(tài)下，與z方向相比，鍵合工具的尖端在x和y方向上幾乎沒有運動，這是進行正確的引線鍵合所必需的。此外，第二和第三模式的頻率大致是第一模式的兩倍和三倍，正如預期的那樣。
預應(yīng)力全諧波響應(yīng)分析結(jié)果
對于引線鍵合，傳感器可以在50-60 kHz范圍內(nèi)工作。盡管模態(tài)分析確定感興趣的第二縱向模式為58.9kHz，但需要確定實際振幅和阻抗值，因此進行諧波響應(yīng)分析。
電壓自由度的“反作用力”是電荷。
展開 Ansys 案例研究 | GoPro 相機諧波分析與減振優(yōu)化
概述：
本案例介紹了在 GoPro 相機上進行諧波分析的流程。GoPro 相機在實際工況載荷作用下，極易受到低頻振動影響，因此檢測并規(guī)避共振引發(fā)的零部件損傷風險至關(guān)重要。本文完整展示了 GoPro 相機諧響應(yīng)分析的操作流程，并闡明了增加阻尼對結(jié)構(gòu)受激振動特性的影響規(guī)律。
目標：
1、理解在 ANSYS 中進行諧波分析的工作流程；
2、加深對共振與阻尼原理的理解，并掌握二者在工程實際中的應(yīng)用方法。
步驟：
1、打開 ANSYS Workbench，新建諧波響應(yīng)分析項目，并檢查單位設(shè)置。
2、為所有零部件定義材料屬性。材料詳細參數(shù)可參考模型文件；本次仿真僅用于演示操作流程，非精密工程設(shè)計，因此所有材料參數(shù)均為假設(shè)取值。
3、導入幾何模型。
圖1 GoPro相機的幾何結(jié)構(gòu)
4、搭建模型，為幾何體賦予材料屬性，定義綁定接觸與關(guān)節(jié)。如圖 2 所示，創(chuàng)建兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；設(shè)置扭轉(zhuǎn)剛度為 2000 N?mm/rad，并將其賦予兩處關(guān)節(jié)。采用 5mm 全局網(wǎng)格尺寸及線性單元完成模型網(wǎng)格劃分。
圖 2 模型所定義旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)示意圖
5、定義分析設(shè)置并施加邊界條件。相機實際工作載荷的頻率大概率處于低頻區(qū)間，因此將分析頻率范圍設(shè)定為 0~30Hz。設(shè)置 30 個求解間隔，采用完全求解法，并設(shè)定恒定結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)為 0.02。以外加位移的形式對下方環(huán)形結(jié)構(gòu)施加外部激勵（見圖 3）。
圖 3 位移邊界條件示意圖
6、運行仿真并分析結(jié)果，輸出圖 4 所示零部件的變形頻率響應(yīng)。由圖 5 可見，結(jié)構(gòu)在8Hz處發(fā)生共振，Z 向最大變形可達 37mm。過大的變形量無法滿足設(shè)計要求，因此將為關(guān)節(jié)增設(shè)阻尼，以改善結(jié)構(gòu)動力學性能。
展開 1D模型的諧波響應(yīng)分析
不平衡負載的梁單元轉(zhuǎn)子諧波分析
本節(jié)的教程已第一節(jié)的一維簡單建模教程為基礎(chǔ)，對如下的模型進行分析。
2.
此次練習主要包括以下內(nèi)容：
l
打開已有模型
l
更改分析類型
l
建立不平衡負載
l
進行轉(zhuǎn)子諧波分析
l
查看結(jié)果并提交報告
英文目錄如下：
諧波響應(yīng)的一些理論知識及算法可以在samcef manual 在線幫助中查看。這里主要是利用模態(tài)法（本節(jié)用到）和直接法(在非線性分析，如間隙，非線性剛度等中用到)。
具體的操作過程，請參照英文文檔的圖片進行操作。
RD_TU_F_002 1D模型諧波響應(yīng).pdf
展開 
案例53-MEMS麥克風的聲學分析
聲學邊界條件和載荷
在結(jié)構(gòu)和電氣載荷（溫度和直流偏壓）下進行靜態(tài)分析后，進行線性擾動諧波分析，以分析麥克風在輸入壓力波下的響應(yīng)。在這方面，在聲音端口入口上施加了0.01 m/s的速度和無限輻射邊界。
分析和求解控制
靜態(tài)分析
進行大變形（NLGEOM，ON）靜態(tài)分析，以在施加溫度下將拉伸應(yīng)力插入膜中，并在氣隙的膜側(cè)引入DC電壓。
在該分析中忽略了聲學單元，但使用了MORPH命令來變形聲學單元，以便為下游線性擾動分析正確地成形聲學單元。在morphi命令上設(shè)置StrOpt=YES允許在模型中使用結(jié)構(gòu)單元進行變形：
預應(yīng)力全諧波響應(yīng)分析
使用對數(shù)跨度選項從20到20000 Hz進行頻率掃描。
在該諧波響應(yīng)分析中，使用線性攝動法來包括預應(yīng)力效應(yīng)；考慮0.45V的DC偏置電壓效應(yīng)。聲速施加在聲端口入口上，導致膜振動：
結(jié)果和討論
靜態(tài)分析結(jié)果
靜態(tài)分析主要用于通過施加直流電壓對結(jié)構(gòu)施加預應(yīng)力，但也可用于對氣隙的電容（C=電荷/電壓）進行后處理。
預應(yīng)力全諧波響應(yīng)分析結(jié)果
麥克風可以在可聽頻率帶寬內(nèi)工作；因此，在此范圍內(nèi)分析麥克風的靈敏度。靈敏度將輸出電信號表征為施加壓力的函數(shù)。理想情況下，靈敏度在頻率范圍內(nèi)是恒定的，這跟本例的情況幾乎是這樣的：
建議
設(shè)置靜電結(jié)構(gòu)和聲學計算時，考慮以下提示和建議：
• 在進行線性擾動諧波分析之前，需要進行預應(yīng)力分析。
• 聲學網(wǎng)格應(yīng)足夠精細，以正確捕捉壓力波。
• 為了說明靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析產(chǎn)生的變形，使用靜態(tài)分析中的MORPH命令在聲學流體中變形網(wǎng)格。
參考文獻
Dehé, A. (February, 2007).
展開 LMS samcef rotors 培訓（免費?。?/span>
主講：LMS（北京）技術(shù)有限公司技術(shù)工程師
培訓內(nèi)容
Samcef Rotors公開培訓
11.28
1: Introduction to Rotor dynamics and Samcef Rotors.(1) 轉(zhuǎn)子動力學分析相關(guān)理論背景介紹(2) Samcef Rotors軟件介紹(3) 1D、2D和3D轉(zhuǎn)子建模、靜子和連接裝置建模(4) 臨界轉(zhuǎn)速分析、諧波響應(yīng)分析和瞬態(tài)分析(5) 轉(zhuǎn)子和靜子超單元的創(chuàng)建和恢復2: Samcef Rotors 1D模型建模和分析實例(1) 1D轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建模和臨界轉(zhuǎn)速分析（基于Samcef Field和基于Excel表格導入）(2) 1D轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型諧波響應(yīng)分析(3) 1D轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型瞬態(tài)分析
11.29
3: Samcef Rotors 2D傅立葉多諧波模型建模和分析實例(1) 2D傅立葉多諧波模型建模和臨界轉(zhuǎn)速分析(2) 3D結(jié)果顯示4: Samcef Rotors 3D實體模型建模和分析實例(1) 3D實體模型建模和臨界轉(zhuǎn)速分析5. Samcef Rotors循環(huán)對稱模型建模和分析實例(1) 循環(huán)對稱模型建模和臨界轉(zhuǎn)速分析
11.30
5. Samcef Rotors混合建模和分析實例(1) 2D傅立葉多諧波模型與3D模型混合建模和分析6. Samcef Rotors轉(zhuǎn)子超單元建模和分析實例(1) 轉(zhuǎn)子超單元建模和驗證(2) 基于超單元的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速分析
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展開 轉(zhuǎn)子動力學中諧波響應(yīng)和三維瞬態(tài)響應(yīng)
主要介紹了轉(zhuǎn)子動力學中諧波響應(yīng)和三維瞬態(tài)響應(yīng)的理論背景。諧波響應(yīng)主要基于非旋轉(zhuǎn)坐標系系統(tǒng)，求解算式的算法分為模態(tài)和直接算法，最終可以獲得四種類型的結(jié)果。三維瞬態(tài)響應(yīng)的原理基本方程與諧波響應(yīng)略有區(qū)別，
Hilbert Hughes Taylor算法為求解的默認動態(tài)響應(yīng)算法，但還有其他三種算法可供選擇，最終可以提供四種類型的結(jié)果展示。
背景理論文檔.pdf
利用ANSYS/CivilFEM中的規(guī)范對結(jié)構(gòu)進行配筋計算和校核
利用ANSYS/CivilFEM，通過ANSYS的求解器精確模擬分析大跨及復雜建筑物，張拉膜結(jié)構(gòu)，塔樓，砌體結(jié)構(gòu)?？蓪Y(jié)構(gòu)進行靜力分析、諧波響應(yīng)分析、地震分析、整體穩(wěn)定分析等，也可將工程感興趣的細部單獨建模，形成子模型，將結(jié)構(gòu)整體分析的結(jié)果引入子模型，得到更精確的計算結(jié)果?？捎肁NSYS/CivilFEM中的規(guī)范對結(jié)構(gòu)進行配筋計算和校核；
ansys 技術(shù)講座 (入門篇)
熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。
6.電磁場分析
主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計和分析領(lǐng)域。
7.流體動力學分析
ANSYS流體單元能進行流體動力學分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應(yīng)。
8.聲場分析
程序的聲學功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強度分布，或預測水對振動船體的阻尼效應(yīng)。
9.壓電分析
用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析?？蛇M行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析
展開 ANSYS模塊簡介
熱分析還具有 可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。
6.電磁場分析
主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。還可 用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計和分析領(lǐng)域。
7.流體動力學分析
ANSYS流體單元能進行流體動力學分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。 并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞 流并包括對流換熱效應(yīng)。
8.聲場分析
程序的聲學功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒 的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強度分布，或預測水對振動船體的阻尼效應(yīng)。
9.壓電分析
用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、 振蕩器、諧振器、麥克風等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析?？蛇M行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬 態(tài)響應(yīng)分析
展開 多物理場仿真解決混流式水輪機中的振動問題
隨后開展了諧波響應(yīng)分析，以更清晰地掌握轉(zhuǎn)輪和配水環(huán)管區(qū)域的聲振效應(yīng)。轉(zhuǎn)輪被旋轉(zhuǎn)受力形態(tài)激勵，有明顯數(shù)量的直徑中心節(jié)點線存在。每個自然頻率都有特定模態(tài)形狀，其由直徑中心節(jié)點線的數(shù)量確定。每個轉(zhuǎn)輪葉片上有單一力作用在與葉片表面垂直的后緣上。結(jié)果顯示有聲振諧振產(chǎn)生，造成顯著彎曲位移和高壓力脈動。壓力和位移判據(jù)顯示：對于有三條沿直徑中心節(jié)點線的模態(tài)形狀，有295Hz 的清晰諧振峰值；對于有七條沿直徑中心節(jié)點線的模態(tài)形狀，有306Hz 的清晰諧振峰值。后者與測得的振動頻率接近。
諧波響應(yīng)分析的結(jié)果結(jié)合模態(tài)分析， 說明基于聲振耦合諧振條件的lock-in 效應(yīng)同步并放大了渦旋脫落。對應(yīng)的聲振模態(tài)形態(tài)傳播并放大了渦輪機內(nèi)部旋轉(zhuǎn)組件和靜態(tài)組件內(nèi)部的壓力脈動。這種壓力脈動引發(fā)了導流葉片在自然頻率下發(fā)生共振。通過修正后緣形狀，最大程度地減少轉(zhuǎn)輪葉片上的渦旋脫落并進行干擾，顯著減少導流葉片振動，從而解決了這個問題。
使用單物理仿真或許無法確定和解決該振動問題。它要求理解所涉及的全部物理場域，并將它們正確地運用到眼前的問題中。
本文來源于《ANSYS ADVANTAGE》，版權(quán)歸作者所有，旨在分享。
文章來源：安世亞太
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SAMCEF有限元_轉(zhuǎn)子動力學分析實例
SAMCEF For Rotors：創(chuàng)新性的專業(yè)解決方案，專用于旋轉(zhuǎn)機械的動力學和穩(wěn)態(tài)分析，包括臨界轉(zhuǎn)速計算、不平衡瞬態(tài)與諧波響應(yīng)分析。
SAMCEF有限元_轉(zhuǎn)子動力學分析實例.doc
多物理場仿真解決混流式水輪機中的振動問題
隨后開展了諧波響應(yīng)分析，以更清晰地掌握轉(zhuǎn)輪和配水環(huán)管區(qū)域的聲振效應(yīng)。轉(zhuǎn)輪被旋轉(zhuǎn)受力形態(tài)激勵，有明顯數(shù)量的直徑中心節(jié)點線存在。每個自然頻率都有特定模態(tài)形狀，其由直徑中心節(jié)點線的數(shù)量確定。每個轉(zhuǎn)輪葉片上有單一力作用在與葉片表面垂直的后緣上。結(jié)果顯示有聲振諧振產(chǎn)生，造成顯著彎曲位移和高壓力脈動。壓力和位移判據(jù)顯示：對于有三條沿直徑中心節(jié)點線的模態(tài)形狀，有295Hz 的清晰諧振峰值；對于有七條沿直徑中心節(jié)點線的模態(tài)形狀，有306Hz 的清晰諧振峰值。后者與測得的振動頻率接近。
諧波響應(yīng)分析的結(jié)果結(jié)合模態(tài)分析， 說明基于聲振耦合諧振條件的lock-in 效應(yīng)同步并放大了渦旋脫落。對應(yīng)的聲振模態(tài)形態(tài)傳播并放大了渦輪機內(nèi)部旋轉(zhuǎn)組件和靜態(tài)組件內(nèi)部的壓力脈動。這種壓力脈動引發(fā)了導流葉片在自然頻率下發(fā)生共振。通過修正后緣形狀，最大程度地減少轉(zhuǎn)輪葉片上的渦旋脫落并進行干擾，顯著減少導流葉片振動，從而解決了這個問題。
使用單物理仿真或許無法確定和解決該振動問題。它要求理解所涉及的全部物理場域，并將它們正確地運用到眼前的問題中。
本文來源于《ANSYS ADVANTAGE》
展開 samcef 基本功能介紹
Samcef field介紹：
（1）有限元分析及多體動力學仿真的前后處理軟件；
（2） CAD建模工具能夠進行創(chuàng)建幾何體，修復分析模型并進行參數(shù)化幾何模型導入更新等；
（3）高級非線性分析能力：復合材料并考慮高級失效法則
定義連接和接觸的邊界條件；
（4）后處理能力：云圖，曲線，數(shù)據(jù)列表等友好界面；
（5）能夠為其他產(chǎn)品提供服務(wù):如轉(zhuǎn)子動力學中能夠定制用戶需求的架構(gòu)；SWT中能夠為風力機設(shè)計提供有限元模型建模服務(wù)等；
2. 復合材料：數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與加載；
復合材料結(jié)果視圖顯示；
復合材料的失效準則；
3． LMS Samtech的線性求解器：能夠進行靜態(tài)分析、模態(tài)分析、穩(wěn)定性分析及諧波響應(yīng)分析；
4. LMS Samtech的非線性求解器：主要用于有限元模型的多體仿真中如非線性柔性機電仿真。柔性的動態(tài)分析能夠保證精確的動態(tài)負載。
5. 有限元類型：composite volume（shell）、2D模型、3D模型
6. 范例；
02- LMS Samtech_Basic functionnalities.pdf
展開 Samcef for Rotors general presentation
旋轉(zhuǎn)機構(gòu)具有特殊的動態(tài)特性，必須考慮到陀螺效應(yīng)及非線性；
（2）samcef 軟件
Samcef field：前后處理
Rotor：臨界轉(zhuǎn)速及諧波響應(yīng)分析
Rotor-T: 瞬態(tài)分析
ASEF:線性靜態(tài)分析
接口：Nastran，Ansys，Step，IGES
（3）samcef rotors 分析
不同分析類型的分析方法及結(jié)果
2. How do we model rotating parts
Possible frames;
Possible models: 1D;
2D;
3D CC and 3D MSCC;
3D full
Possible formalisms: 拉格朗日；歐拉；
3. How do we model non rotating parts
(1) 對非轉(zhuǎn)動部件可以選用任何有限元模型
(2) 非旋轉(zhuǎn)部件大都需要用超單元來表示
(3) 可以從ansys，nastran導入超單元模型
4. How do we model linking devices
包含壓力，齒等信息的齒輪單元
彎矩，扭矩及軸向變形的耦合；
軸承及液力線性模型；
非線性襯套單元
5 案例
齒輪箱優(yōu)化；
汽輪機；
VINCI LOX turbopump轉(zhuǎn)子動力學分析
GE 汽輪機；
The Ariane 5 LH2 and LOX Turbo-pumps
ACAE;
S4R general presentation.pdf
展開 