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本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生3、對有限元分析感興趣的工程師你會得到什么：1、學(xué)習(xí)葉片的三維模型處理2、學(xué)習(xí)基于模態(tài)的瞬態(tài)動力學(xué)分析步的建立3、學(xué)習(xí)基于模態(tài)的瞬態(tài)動力學(xué)分析的載荷施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.

如果不考慮慣性力和阻尼，則可以使用靜力學(xué)分析來代替瞬態(tài)動力學(xué)分析。對于線性結(jié)構(gòu)，它的瞬態(tài)動力學(xué)平衡方程如下：</p><p><br></p><p>在Ansys有限元分析軟件中，式共有三種求解方法分別為：完全法、模態(tài)疊加法和縮減法。完全法和縮減法采用直接積分求解瞬態(tài)動力學(xué)平衡方程。而模態(tài)疊加法則使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換解耦后開始求解。

如果不考慮慣性力和阻尼，則可以使用靜力學(xué)分析來代替瞬態(tài)動力學(xué)分析。對于線性結(jié)構(gòu)，它的瞬態(tài)動力學(xué)平衡方程如下：</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>在Ansys有限元分析軟件中，式共有三種求解方法分別為：完全法、模態(tài)疊加法和縮減法。完全法和縮減法采用直接積分求解瞬態(tài)動力學(xué)平衡方程。而模態(tài)疊加法則使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換解耦后開始求解。

對于線性結(jié)構(gòu)，它的瞬態(tài)動力學(xué)平衡方程如下：</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>在Ansys有限元分析軟件中，式共有三種求解方法分別為：完全法、模態(tài)疊加法和縮減法。完全法和縮減法采用直接積分求解瞬態(tài)動力學(xué)平衡方程。而模態(tài)疊加法則使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換解耦后開始求解。

如今在Ansys Workbench 2022 R1中新增了Substructure Generation功能，我們可以通過Workbench便捷性的操作，快速完成基于模態(tài)綜合法的動力學(xué)分析。接下來我們以音叉結(jié)構(gòu)自由模態(tài)分析為例，具體講述如何通過Workbench平臺建立模態(tài)綜合完成模態(tài)分析。 音叉結(jié)構(gòu)分為兩部分，上部Y型結(jié)構(gòu)為音叉本體，下部結(jié)構(gòu)為把手（見圖1）。

基于ANSYS的長斜索大橋大變形下的模態(tài)分析流程和瞬態(tài)分析 附件包括幾何建模文件bridge.txt，靜力模態(tài)分析文件static&modal.txt以及瞬態(tài)求解文件full.txt。

Transient Response) 模態(tài)法：首先通過求解模態(tài)特征值，將物理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為模態(tài)坐標(biāo)，解耦為單自由度系統(tǒng)，將物理響應(yīng)表征為部分（或者說低階模態(tài)，一般是前2~10階）模態(tài)響應(yīng)的疊加（即所謂的模態(tài)疊加），相當(dāng)于是對計(jì)算的規(guī)模進(jìn)行了壓縮，再對壓縮了的方程進(jìn)行數(shù)值積分。

模態(tài)疊加法通過將一個大的線性動態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一組使用法向模態(tài)系統(tǒng)的非耦合方程，從而有效地解決了該問題。疊加法的第一步是通過模態(tài)分析獲得系統(tǒng)的特征頻率和特征模態(tài)。然后進(jìn)行下游的模態(tài)瞬態(tài)分析、模態(tài)諧波分析和頻譜分析。 在模態(tài)分析中，通常只提取低頻的一個子集，截?cái)喔哳l模態(tài)。因此，基于模態(tài)子空間的解的精度無法保證，盡管使用殘差向量可以提高精度。

完成以上輸入信息后，點(diǎn)擊左上角“組合”按鈕即可得到，正弦駐頻轉(zhuǎn)窄帶隨機(jī)PSD+環(huán)境PSD的疊加結(jié)果。將疊加后的PSD譜直接復(fù)制到Ansys Workbench中，再進(jìn)行輸入Improved fit后即可進(jìn)行正常隨機(jī)振動仿真。示例：1.模態(tài)疊加法隨機(jī)振動分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)模態(tài)。

3、 超單元、模態(tài)疊加法進(jìn)行諧響應(yīng)掃頻計(jì)算在上一步超單元縮減工裝進(jìn)行模態(tài)計(jì)算的基礎(chǔ)上，使用模態(tài)疊加法進(jìn)行諧響應(yīng)掃頻計(jì)算；將第1步工裝縮減的*.sub文件復(fù)制，粘貼至諧響應(yīng)計(jì)算文件夾內(nèi)；常規(guī)設(shè)置，直接計(jì)算；三、如果產(chǎn)品與工裝的分界面是共面位置分開，

轉(zhuǎn)子動力學(xué)的瞬態(tài)分析支持完全法和模態(tài)疊加法（模態(tài)分析必須為QRDAMP法）。完全法采用NR不對稱矩陣求解（NROPT,UNSYM）。若轉(zhuǎn)速是變化的（如啟動過程），則不支持模態(tài)疊加法，因?yàn)檫@種情況的每個頻率步必須重新計(jì)算回轉(zhuǎn)矩陣，只有完全法可用。1.問題描述一個簡單的簡支轉(zhuǎn)子模型：剛性盤位于其長度的1/3處，軸承位于其長度的2/3處。

該方法屬于ANSYS瞬態(tài)葉片排（TBR）瞬態(tài)方法類，用于通過求解每個葉片列的幾個通道來獲得求解數(shù)據(jù)的全輪表示，從而大大節(jié)省了求解時間。本研究中使用的傅里葉變換入口擾動方法采用雙通道策略，其中傅里葉系數(shù)在兩個轉(zhuǎn)子之間的界面處的采樣平面上采集。雖然這增加了域的大小，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它比單通道方法提供了更快的收斂。 在進(jìn)行瞬態(tài)分析之前執(zhí)行穩(wěn)態(tài)解，穩(wěn)態(tài)解的結(jié)果用于為瞬態(tài)情況提供良好的初始條件。

使用模態(tài)綜合法將整個模型的有限元縮聚為一個“超單元”。3、子結(jié)構(gòu)可導(dǎo)出為.CPA文件，以使用這些超單元。這些超單元可用于模態(tài)、MSUP諧響應(yīng)和隨機(jī)振動分析。模態(tài)疊加法MSUP模態(tài)疊加法可以使用按需擴(kuò)展功能，允許使用分布式文件對結(jié)果進(jìn)行后處理（將整體求解結(jié)果目錄減小一半），并“動態(tài)”評估壓縮部件結(jié)果（未生成擴(kuò)展分析文件）。

瞬態(tài)分析中有兩種方法，模態(tài)法和直接法。其中模態(tài)法只能用于線性分析，求解速度快，由于模態(tài)截?cái)啻嬖谖⑿≌`差。直接法可以用于線性和非線性分析，隨著模型自由度的增加，求解復(fù)雜度以幾何級數(shù)增加，求解速度較慢。 在OptiStruct中，線性瞬態(tài)分析直接法采用的是Newmark-β方法，除了求解算法不同外，其與模態(tài)法分析的差別在于阻尼的設(shè)置。

簡要介紹動力學(xué)理論基礎(chǔ)、演示W(wǎng)orkbench環(huán)境中模態(tài)與預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析仿真流程和模態(tài)疊加法諧響應(yīng)與完全法諧響應(yīng)分析過程，以實(shí)例說明頻響結(jié)果的主要影響因素，講解隱式/顯式跌落分析官方案例并進(jìn)行實(shí)操練習(xí)以及仿真經(jīng)驗(yàn)分享與工程問題探討。

在設(shè)備產(chǎn)品沖擊及振動的標(biāo)準(zhǔn)，類型相似產(chǎn)品的整個仿真過程中其實(shí)是一個十分固定的流程，如采用模態(tài)疊加法計(jì)算產(chǎn)品的沖擊或長壽命，操作及設(shè)置過程都是固化的。采用模態(tài)疊加法計(jì)算沖擊首先需提取盡可能多的模態(tài)，在此基礎(chǔ)下設(shè)置結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的阻尼，設(shè)定整個沖擊過程的時間，輸出需要的變量及格式。