ANSYS Mechanical振动疲劳及线性动力学仿真

1、ANSYS Mechanical振动疲劳及线性动力学仿真目录线性动力学仿真频域疲劳仿真RBD刚体动力学学仿真Explicit显示动力学仿真2线性动力学仿真3气弹效应是指结构变形会产生 额外的气动压力为什么要考虑气弹效应呢？ 气弹效应对涡轮机械叶片部件的强 迫振动有很大影响 涡轮部件中固有的结构阻尼和其他 阻尼都比较低，导致气动阻尼对振 动响应的幅值和应力有很大影响。 具有稳定的流程实现流体和固体相 互作用气弹效应4气弹效应首先由CFD计算得到在18.0版本中很容易输入这些气弹效应计算结果（ 命令为：AEROCOEFF ），用于结构的强迫谐响应仿真旋转机械: 气弹耦合CFD calculated

2、 pressureStructural deformation5气弹耦合Flutter AnalysisModal AnalysisBlade-alone mode shapeBlade-alone mode shapeAero CoefficientsForced ResponseUnsteady pressuresAero Modal ForcesNew at 18.0: AEROCOEFFcommand6NASA Rotor 67 : 1st bending familyFrequency vs. Nodal Diameter Diagram1B Family of Modes (Fre

3、quency and Strain Energy Ratio)22 blade fan1st flex family7失谐频率Mean: 532.5Hz S.D.: 1.457%8考虑失谐和气弹效应的谐响应结果9滑动轴承FLUID218 崭新的3D体单元，用于模拟位于圆柱 形旋转部件（轴或轴颈）之间粘性流体的流动 特性可以用于确定径向轴承的油膜压力分布、挤压 油膜阻尼、轴承瞬态分析。静力学分析。压力分布和轴承力是根据实常数 确定的轴心平衡位置来计算得到。非线性瞬态分析中。压力分布是基于转轴的瞬 时位置计算得到的。轴承压力施加于承力部件。Bearing sleeve with pressure

4、contours10案例: 轴承静力学分析两端完全泄露矩形喷射孔轴转速为3000 rpm平衡位置XX = YY = 0.4滑动轴承网格和压力 边界条件压力剖面11滑动轴承切向流动速度12轴向流动速度案例: 非线性瞬态分析800 个时间步11193 自由度滑动轴承13转动结构中考虑阻尼后就会出现转动阻尼效应，可能会导致不 稳定的运动。支持结构阻尼(MP,DMPR and DMPSTR)多数的连接单元都支持两种阻尼特性 (MATRIX27, COMBIN14, MPC184)转动阻尼效应14快速扩展部分模型具有非常少的主自 由度，因为生成部分大部分自由度的结 果已经完成计算并存储。当选择不存储刚度

5、因子矩阵时，对硬盘 空间的需求大幅缩减。以上的选项同样可应用于刚-柔动力学计 算模态综合法CMSModel with CMScomponentsModel with Expanded Results15模态综合法降低计算量，提高计算速度；局部设计不合格，不需要全面的反工，大幅降低工作量16RBD中的工作流程Application Industry: aircraft industry Physics: Mixed Rigid/flexible analysis旋转万向节无接触设置，仅连接副2个浓缩结构每个结构10个主节点结束时间：20s400步Initial time stepping : 1

6、e-4 sMinimum time stepping : 1e-8 sMaximum time stepping : 5e-2 s力载荷时线性渐变的17工作流程Default approach:ELCALC=NO on CMSOPTNew approach: ELCALC=YES on CMSOPTEXPMTH=NONE on SEOPT18Results summary: 30 fixed-interface modes for each condensed part in the generation pass; 2 processors for generation pass and u

7、se pass; expansion of 400 substeps.CMS在RBD中的应用Von Mises Stresses19ELCALC=NOELCALC=YESNOYESGen. pass 1251309Gen. pass 2159229Use pass175175Exp. pass 1603383Exp. pass 2587392Total (s)17551488ELCALCCMS在RBD中的应用Around 3 Gb filesMore than 7.5 Gb files带不带LN22文件硬盘空间的差别CMSOPT,FIX,30,CMS,RBD20CMSOPT,FIX,30,CM

8、S,RBD,YES SEOPT,cp9663,2,NONE频域疲劳仿真21振动疲劳 分析电子产品 的振动发动机飞机飞行 过程振动台由风和海 浪作用下 的的结构振动疲劳22可采用峰值频率和相角进行疲劳分析谱分析可以用于计算疲劳寿命疲 劳 计 算 方 法 包 括 ： Steinberg(default), Narrow Band & Wirsching也可以采用各方向应力来计算寿命对于梁单元，等效应力不可用，但正 应力和剪切应力可以用于计算疲劳寿 命基于谐响应和随机振动的疲劳分析23首先开展谐响应分析查看输出的应力频率响应曲线，找到峰值频率和对应的相角设置需要进行疲劳计算的频率和相角作为Fatig

9、ue Tool的输入条件基于谐响应分析的疲劳寿命计算Showing fatigue damage of electronic PCB subjected to harmonic acceleration exciting the first mode shape24基于谱分析的疲劳寿命计算Showing fatigue life(in sec) of electronic PCB subjected to two orthogonal input PSDs using Steinberg formulation工作流程：开展谱分析插入Fatigue Tool输入持续时间选择算法Steinber

10、g(default)Narrow BandWirsching插入疲劳结果：LifeDamage评估25随机振动疲劳仿真与试验Stress amplitudes vs. Number of cycles26随机振动试验验证案例Experiment al testLife = 563sSteinberg Life = 287sNarrow BandLife = 308sWirsching Life = 364sReal testing: 563s up to crack initiationT. Iberer, Chances and Risks of Spectral Methods for t

11、he Determination of the Fatigue Strength of Randomly Loaded Structures, CADFEM Usersmeeting, 200227RBD刚体动力学仿真28推出了新时间积分方法，更加适合于带有很多接触 的复杂模型提高了速度（20倍）和鲁棒性，特别是多个部件同时运动时典型应用于包含了许多凸轮、齿轮和接触的模型案例Moreau-Jean时间步29Mesh-Based Contact支持基于网格 的接触计算速度快支持实体实 体的接触采用的方法就是 基于网格的接触30应用案例链条驱动机构31变速箱新时间步和接触可以很好的结合使用移动副摩擦阻力： = 旋转副或柱面连接副的摩擦阻力矩: = 连接副摩擦效应摩擦系数 内径外径作用长度摩擦力 摩擦力矩32输出变形结果初始几何运行瞬态刚体动力学该状态下的有限元分析123433连接到Mechanical轨迹图机械臂的轨迹图34显式动力学仿真35多物质欧拉算法之前Autodyn才能实现的功能提供给Mechanical Enterprise 用户可以仿真瞬时的流固耦合问题，例如液体晃动、爆