有预应力作用结构的谐响应实例分析

第13章有预应力作用结构的谐响应实例

工程结构分析软件

第13章有预应力作用结构的谐响应实例谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。通常进行的都是有预应力结构的谐响应分析(如小提琴的弦)。因为进行有预应力的谐响应分析时的工作包含了进行普通谐响应分析的过程，而又需要求解结构预应力的工作。因此，这里选用有预应力结构的谐响应分析实例来讲解谐响应分析的求解过程，对于普通谐响应分析，去掉求解结构预应力的部分就行了。有预应力的谐响应分析仅可用缩减法和模态叠加法进行。如果进行有预应力的缩减法谐响应分析，首先需要通过进行静力学分析计算结构的预应力，再进行有预应力缩减法谐响应分析。如果进行的模态叠加法谐响应分析中包括预应力效果，应当首先进行有预应力模态分析，再进行一般的模态叠加法谐响应分析。§13.1问题描述§13.2建立模型§13.3定义边界条件、加载并求解§13.4观察分析结果§13.5命令流输入第13章有预应力作用结构的谐响应实例§13.1问题描述本实例是对如图所示的有预应力的吉他弦进行谐响应分析。形状均匀的吉他弦直径为d，长为l。在施加上拉伸力F1后紧绷在两个刚性支点间，用于调出C音阶的E音符。在弦的四分之一长度处以力F2弹击此弦，要求计算弦的一阶固有频率f1，并验证仅当弹击力的频率为弦的奇数阶固有频率时才会产生谐响应。几何尺寸：l=710mmc=165mmd=0.254mm材料特性：杨氏模量EX=1.9E5Mpa，泊松比PRXY=0.3，密度DENS=7.92E-9t/mm3。载荷为：F1＝84NF2＝1N取弹击力的频率范围为从0到2000Hz，并求解频率间隔为2000/8＝250Hz的所有解，以便观察在弦的前几阶固有频率处的响应，并用POST26时间－历程后处理器绘制出位移响应与频率的关系曲线。§13.2建立模型在ANSYS中，首先我们通过完成如下工作来建立本实例的有限元模型。在本实例中需要完成的工作有：指定分析标题，定义材料性能，定义单元类型，建立有限元模型等。由于本实例有限元模型比较简单，无需先建立几何模型再对其进行有限元网格划分。这里可以通过生成节点和单元的方法，直接建立有限元计算模型。应当注意这种建模方法的具体过程，体会其使用的条件。下面将详细讲解分析过程。指定分析标题并设置分析范畴定义单元类型定义材料性能和实常数生成节点生成弦单元§13.2建立模型指定分析标题并设置分析范畴下面将指定本实例的数据库名为CH13，根据分析问题的类型指定标题为“HarmonicResponseofaGuitarString”。本实例为有预应力吉他弦的谐响应分析，属于结构分析范畴，为了后面进行操作时的菜单跟分析的问题类型相一致，建议将分析范畴指定为“Structural”。下面进行具体的操作过程。1．选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeJobname，将弹出ChangeJobname(修改文件名)对话框。在Enternewjobname(输入新文件名)文本框中输入文字“CH13”，然后单击对话框中的OK按钮，完成对本实例数据库文件名的修改。2．选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeTitle，将弹出修改标题(ChangeTitle)对话框。在Enternewtitle(输入新标题)文本框中输入文字“HarmonicResponseofaGuitarString”，然后单击对话框中的OK按钮，完成对标题名的指定。3．选取菜单路径UtilityMenu|Plot|Replot，指定的标题“HarmonicResponseofaGuitarString”将显示在图形显示窗口的左下角。4．选取菜单路径MainMenu|Preference，将弹出PreferenceofGUIFiltering(菜单过滤参数选择)对话框，单击Structural(结构)选项使之被选中，以将菜单设置为与结构分析相关的选项。单击OK按钮，完成分析范畴的指定。§13.2建立模型定义单元类型本实例是进行有预应力吉他弦的谐分析，所以需要定义能够模拟吉他弦特性的单元，ANSYS6.1提供的二维连接单元LINK1可以模拟吉他弦的特性，下面将定义需要的单元类型，具体操作如下。1．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete，将弹出ElementTypes(单元类型定义)对话框。单击对话框中的Add按钮，将会弹出LibraryofElementTypes(单元类型库)对话框。2．在LibraryofElementTypes对话框左边的滚动框中单击“StructuralLink”，选择结构连接单元类型。接着在右边的滚动框中单击“2DSpar1”,使其高亮度显示,选择2维弹性单元。单击对话框中的OK按钮，关闭单元类型库(LibraryofElementTypes)对话框。3．在ElementTypes(单元类型定义)对话框中的已定义单元类型列表框中将会列出定义的单元类型为：“Type1LINK1。单击对话框中的OK按钮，关闭ElementTypes(单元类型定义)对话框，完成单元类型的定义。§13.2建立模型定义材料性能和实常数本实例中共用了一种材料，其性能参数在前面已经给出。由于进行的是有预应力的谐响应分析，材料的弹性模量EX，和密度DENS必须定义。因为，使用的单元是2维结构连接单元，所以还需要定义相应的单元实常数才能完成对单元特性的描述。具体的操作如下：1．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels，将弹出DefineMaterialModelBehavior(材料模型定义)对话框。2．依次双击Structural，Linear，Elastic和Isotropic，将弹出1号材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框。3．在EX文本框中输入1.9E5，PRXY文本框中输入0.3。定义材料的弹性模量为1.9E5Mpa，泊松比为0.3。单击对话框中的OK按钮，关闭对话框。4．接着双击Density，将弹出DensityforMaterialNumber1(1号材料密度定义)对话框。5．在DENS文本框中输入7.92E-9，设定1号材料密度为7.92E-9t/mm3。单击OK按钮，完成对材料1的密度定义。§13.2建立模型定义材料性能和实常数6．在DefineMaterialModelBehavior(材料模型定义)对话框中，选取路径Material|Exit，完成对材料模型的定义。7．选取菜单途径MainMenu|Preprocessor|RealConstants，将会弹出RealConstants(实常数定义)对话框。8．单击对话框中的Add按钮，将弹出ElementTypeforRealConstants(定义实常数的单元类型)对话框。9．在ElementTypeforRealConstants对话框中的选择单元类型列表框中，单击“Type1LINK1”使其高亮度显示，选择第一类单元LINK1。然后单击该对话框中的OK按钮，将弹出RealConstantSetNumber1,forLINK1(为LINK1单元定义实常数的)对话框。10．在对话框中的Cross-sectionalarea(横截面积)文本框中输入5.0671E-2，定义吉他弦的横截面积为：πd2/4＝5.0671E-2mm2，如图所示。§13.2建立模型定义材料性能和实常数11．其余参数保持缺省。单击OK按钮，关闭RealConstantSetNumber1,forLINK1(为LINK1单元定义实常数的)对话框。完成单元LINK1实常数的定义。12．在RealConstants(实常数定义)对话框的列表框中将会出现定义的实常数Set1，单击Close按钮，关闭对话框。至此，完成了对建立吉他弦有限元模型需要的单元类型和实常数的定义。§13.2建立模型生成节点ANSYS提供了直接定义节点的功能。首先根据需要设计好节点的坐标值，然后根据定义的节点生成相应的单元。通常当有限元模型比较简单时可以利用这种方法来建立有限元模型，通过本实例的具体操作读者可以学习到相应的技巧。下面通过ANSYS6.1提供的直接生成节点的功能来生成定义吉他弦需要的节点，具体操作过程如下。1．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Nodes|InActiveCS，将弹出CreateNodesinActiveCoordinateSystem(在激活坐标系中创建节点)对话框。2．在弹出的对话框中的Nodenumber(节点编号)文本框中输入1，在节点坐标文本框中输入X,Y,Z坐标分别为0，0，0。3．单击Apply按钮，创建第一个节点。该对话框将继续显示，然后在对话框中，Nodenumber(节点编号)文本框中输入31，在节点坐标文本框中输入X,Y,Z坐标分别为710，0，0。单击对话框中的OK按钮，创建31号节点并关闭对话框。4．选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering，将弹出PlotNumberingControls(序号显示控制)对话框。§13.2建立模型生成节点5．单击对话框中的Nodenumbers(节点序号)复选框，将其设置为ON。然后单击OK按钮，对新的设置进行确认。在图形输出窗口中将显示已创建节点序号：1，31。6．创建中间节点。选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Node|FillbetweenNds，将弹出拾取对话框，在ANSYS的图形窗口中的节点1和31上都单击一次，拾取节点1和31，在每个节点周围将出现一个小方框。然后，单击拾取对话框中的OK按钮，将弹出CreateNodesBetween2Nodes(在节点之间创建节点)对话框，如图所示。7．在对话框中的起始和终止节点号文本框中，ANSYS程序根据前面的设置自动定义为：1，31。而Numberofnodestofill(填充节点数)缺省值为29。单击对话框中的OK按钮，接受缺省值。节点2～30将出现在图形窗口中，如图所示。§13.2建立模型生成弦单元上面根据本实例的情况建立了创建有限元模型需要的31个节点，下面将利用已创建的节点来直接生成弦单元。对于不同类型的有限元单元，其需要的节点个数不同。而且根据其特点可以使用不用的方法来建立单元。本实例使用的是二维结构连接单元类型LINK1，它要求每个单元由两个节点构成。又由于建立的节点位置和编号都非常有规律，可以利用ANSYS程序提供的单元拷贝功能非常方便地建立吉他弦的有限元模型，下面为具体操作工程。1．创建第一个弦单元。选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|AutoNumbered|ThruNodes，将会弹出节点拾取对话框。在ANSYS图形输出窗口中，单击节点1和2各一次。2．在拾取对话框中单击OK按钮，ANSYS图形输出窗口中的节点1和2之间将出现一条线，它便是创建的第一个弦单元。3．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Copy|Elements|TutoNumbered，将会弹出CopyElemsAuto-Num(单元拷贝拾取)对话框。§13.2建立模型生成弦单元4．单击ANSYS图形输出窗口中刚刚生成的单元，将其选中。然后单击拾取对话框中的OK按钮，关闭拾取对话框。将会弹出CopyElements(Automatically-Numbered)(单元拷贝)对话框，如图所示。5．在对话框中的Totalnumberofcopies-includingoriginal(拷贝总数)文本框中输入30，在Nodenumberincrement(节点编号增量)文本框中输入1。ANSYS程序将会在编号相邻的节点之间依次创建30个单元(包括原来创建的一个)。6．单击OK按钮对设置进行确认，关闭对话框。图形窗口中将会显示出完整的由30个单元组成的弦，如图所示。7．单击ANSYSToolbar(工具条)上的SAVE_DB按钮，保存数据库文件。§13.3定义边界条件、加载并求解本实例目的是用模态叠加法对有预应力的吉他弦进行谐响应分析。为此，首先需要根据实际问题对有限元模型进行加载和定义边界条件。然后，进行有预应力的模态分析(先进行静力分析，求得预应力；再进行包括预应力的模态分析)。再进行一般的模态叠加法谐响应分析。下面进行详细的描述。定义载荷和边界条件进行静力分析进行模态分析进行谐响应分析§13.3定义边界条件、加载并求解定义载荷和边界条件对于吉他弦需要先进行静力分析，在静力分析时根据前面描述的问题知道，吉他弦一端固定，一端受到84N的拉伸力。所以，静力分析时的边条和所受的载荷应为：节点1全部约束，节点2～31沿X方向自由，Y方向约束，在节点31上施加沿X正方向的84N的作用力。下面进行详细描述。1．选取菜单路径MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Displacement|OnNodes，将会弹出拾取对话框。在ANSYS图形输出窗口中单击节点1，然后单击拾取对话框中的Apply按钮。将弹出ApplyU,ROTonNodes(在节点上施加位移约束)对话框，如图所示。2．在对话框中的DOFStobeconstrained(被约束的自由度)滚动框中，在所有自由度“AllDOF”上单击一次使其高亮度显示。单击对话框中的Apply按钮，关闭ApplyU,ROTonNodes(在节点上施加位移约束)对话框，完成对节点一的约束。拾取对话框将再次弹出。3．在拾取对话框中，单击Box单选按钮，将选取方式设置为框选。§13.3定义边界条件、加载并求解定义载荷和边界条件4．在图形输出窗口中用选择框将节点2～31选中，然后单击拾取对话框中的按OK钮。将再次弹出ApplyU,ROTonNodes(在节点上施加位移约束)对话框。5．在对话框中的DOFStobeconstrained(被约束的自由度)滚动框中，在Y向位移“UY”上单击一次使其高亮度显示，然后在所有自由度“AllDOF”上单击一次消除对它的选择。然后单击OK按钮，关闭对话框。完成对吉他弦自由度约束的定义。在图形输出窗口中将显示在节点上所加的所有位移约束，如图所示。6．选取菜单路径MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Force/Moment|OnNodes，将会弹出拾取对话框。在图形输出窗口中，单击节点31。然后，单击拾取对话框中的OK按钮，将弹出ApplyF/MonNodes(在节点上施加力/力矩载荷)对话框，如图所示。§13.3定义边界条件、加载并求解定义载荷和边界条件7．在对话框中的directionofforce/moment(力/力矩的方向)滚动框中的“FX”上单击一次，选定它。8．在realpartofforce/moment(力/力矩大小)文本框中输入84，定义施加载荷值为84N。单击对话框中的OK按钮，关闭对话框，完成对吉他弦所受的拉伸力的定义。图形窗口中将会显示所加的力载荷，如图所示。9．单击ANSYS工具条上的SAVE_DB按钮，对已完成的操作进行存盘。至此，完成了静力分析时吉他弦的所有位移和力载荷的定义。§13.3定义边界条件、加载并求解进行静力分析对于静力分析，其边界条件和载荷在前面已经施加，只需设置其分析选项，打开预应力开关。在求解时对由拉伸力产生的吉他弦的应力结果存入结果文件中，以便后面进行模态分析时使用，具体的操作过程如下。1．单击菜单MainMenuMainMenu|Solution|NewAnalysis，将会弹出NewAnalysis(新分析)窗口。2．在弹出的NewAnalysis窗口中，选择Static选项，然后单击OK按钮，以选择静力分析。3．选取菜单路径MainMenu|Solution|UnabridgedMenu,使MainMenuMainMenu|Solution|AnalysisOptions菜单显示出来。4．选取菜单路径MainMenu|Solution|AnalysisOptions，打开StaticorSteady-StateAnalysis(结构静力分析选项)对话框。5．在Stressstiffnessorprestress(应力刚度或预应力)下拉框中选择“PrestressON”，打开预应力选项，如图所示。6．其它分析选择保持缺省设置，各选项的具体的说明可参考静力分析介绍。单击OK按钮，完成对静力分析选项的设置。§13.3定义边界条件、加载并求解进行静力分析7．选择菜单路径MainMenu|Solution|CurrentLS，将弹出/STATUSCommand(求解命令状态)输出窗口和SolveCurrentLoadStep(求解当前载荷步)对话框。8．检查求解命令状态输出窗口中列出的命令情况，如果符合分析要求，单击求解当前载荷步对话框中的OK按钮，进行轮盘在离心力作用下的考虑预应力影响的静力分析求解。如果有不符合要求的地方，则回到相应菜单对其进行修改。9．根据求解问题所划分单元和节点的多少，ANSYS将会花一定的时间对问题进行求解。当求解完时，ANSYS将弹出求解完成提示对话框，单击Close按钮，结束吉他弦的结构静力分析。在完成静力分析之后，最好先对结构静力分析结果进行后处理，观察其分析结果。并对结果进行一定的分析判断，确定分析正确之后再进行后面的模态分析。§13.3定义边界条件、加载并求解进行模态分析对于本实例所讲的问题，由于模态分析时位移约束条件和所加载荷不同于进行静力分析时，因此进行模态分析时需要对原来定义的边界条件进行修改。其中吉他弦中间节点上的横向位移约束要去掉，而所加力载荷在模态分析时将被忽略，因此这里不再理会。另外，因为不关心吉他弦的模态振型，所以在求解模态分析时不需要进行模态扩展。为此，在进行模态分析时需要做三件事：指定分析类型和选项，修改边界条件，进行求解。下面进行详细操作过程的描述。指定分析选项修改位移边条件进行求解§13.3定义边界条件、加载并求解进行模态分析_指定分析选项对于考虑预应力影响的模态分析，除了象普通的模态分析一样指定模态求解方法、提取的模态数以及要扩展的模态数之外，还需要打开预应力分析选项。下面对模态求解方法、提取的模态数以及预应力选项进行设置。1．选取菜单路径MainMenu|Solution|AnalysisType|NewAnalysis，将弹出Warning(警告)对话框(见图13.28)和NewAnalysis(新分析)对话框。2．单击Warning(警告)对话框中的Close按钮，关闭警告对话框。3．在对话框中单击Modal单选按钮，指定分析类型为Modal(模态分析)。然后，单击对话框中的OK按钮，完成分析类型的设置。4．选取菜单路径MainMenu|Solution|AnalysisType|AnalysisOptions，将弹出ModalAnalysis(模态分析选项)对话框，如图所示。5．在对话框中，指定Modeextractionmethod(模态提取方法)为BlockLanczos(分块兰索斯法)，并指定No.ofmodesextract(提取模态的阶数)为6。§13.3定义边界条件、加载并求解进行模态分析_指定分析选项6．将Incl

prestresseffects(预应力效应)设置为“YES”，这样在进行模态分析时ANSYS程序将会把前面静力分析中求解得到的拉伸力产生的应力对刚度的影响考虑进去。7．其余选项保持缺省，单击对话框中的OK按钮，关闭对话框。将会弹出BlockLanczosMethod(兰索斯法模态分析选项)对话框。8．由于前面指定了模态提取数为6，这里就不需在对其频率范围进行限制，ANSYS程序会自动在整个频率范围内进行搜索。保持程序的缺省设置，单击OK按钮，完成对分析选项的设置。§13.3定义边界条件、加载并求解进行模态分析_修改位移边条件在进行静力分析时对吉他弦的中间节点的横向位移所加的约束，是为了在其拉伸过程中对其进行约束。但在模态分析时这些约束将不再需要，它们会限制弦的横向振动。为此，需要将节点2～30上所加的Y方向约束删除。力载荷在模态分析时自动忽略，这里不再理会。下面讲解具体的操作过程。1．选取菜单路径MainMenu|Solution|DefineLoads|Delete|Structural|Displacement|OnNodes，将会弹出DeleteNodeConstraints(删除节点约束)拾取对话框。2．单击拾取菜单中的Box单选按钮，选用拾取方式为框选。然后，在ANSYS图形输出窗口中用拾取框选中节点2～30，选中的节点上会出现一个小方框。3．单击拾取对话框中的OK按钮，将弹出DeleteNodeConstraints(删除节点约束)对话框，如图所示。4．在对话框中的DOFstobedeleted(删除自由度)下拉框中选中并单击“UY”，然后单击OK按钮关闭对话框，ANSYS程序将会删除加在节点2～30上的Y方向的约束，结果如图所示。§13.3定义边界条件、加载并求解进行模态分析_进行求解完成了有预应力的模态分析选项设置和边条的修改之后，就可以进行吉他弦的模态求解，具体操作过程如下。1．选择菜单路径MainMenu|Solution|CurrentLS，将弹出/STATUSCommand(求解命令状态)输出窗口和SolveCurrentLoadStep(求解当前载荷步)对话框.2．检查求解命令状态输出窗口中列出的命令情况，如果符合分析要求，单击SolveCurrentLoadStep(求解当前载荷步)对话框中的OK按钮，进行有预应力的吉他弦的模态分析求解。如果有不符合要求的地方，则回到相应菜单对其进行修改。3．根据求解问题所划分单元和节点的多少，ANSYS将会花一定的时间对问题进行求解。当求解完时，ANSYS将弹出求解完成提示对话框，单击对话框中的Close按钮，结束有预应力的吉他弦的模态分析。§13.3定义边界条件、加载并求解进行谐响应分析对于本实例所讲的问题，由于谐响应分析所加力载荷不同于前面在静力分析时所加的，因此进行谐响应分析时需要对原来定义的力载荷进行修改。谐响应分析时的力载荷为在节点8处的横向载荷，且没有了静力分析时所加的节点31上的拉伸作用力。为此，在进行模态分析时需要做三件事：指定分析类型和选项，修改载荷条件，进行谐响应求解。下面进行详细操作过程的描述。指定分析选项修改力载荷定义载荷步选项进行求解§13.3定义边界条件、加载并求解进行谐响应分析_指定分析选项谐响应分析中需要指定分析的方法。本实例将采用模态叠加法来进行分析，为此还需要指定最大模态数。另外，还需要对结果输出形式进行设置，以便程序将需要的求解结果写到结果文件中。下面对进行模态叠加法谐响应分析需要的各类选项进行设置。1．选取菜单MainMenu|Solution|AnalysisType|NewAnalysis，将弹出Warning(警告对话框)和NewAnalysis(新分析)对话框。2．单击Warning(警告)对话框中的Close按钮，关闭警告对话框。3．在NewAnalysis对话框中单击Harmonic单选按钮，指定分析类型为Harmonic(谐响应分析)。然后单击OK按钮完成分析类型的设置。4．选取菜单路径MainMenu|Solution|AnalysisType|AnalysisOptions，将弹出HarmonicAnalysis(谐响应分析选项)对话框，如图所示。§13.3定义边界条件、加载并求解进行谐响应分析_指定分析选项5．在谐响应分析选项对话框中，单击Solutionmethod(求解方法)下拉框中的“ModeSuperpos’n”，指定求解方法为模态叠加法。然后，单击DOFprintoutformat(自由度输出格式)下拉框中的“Amplitud+phase”选项，将结果输出设置为按照幅值和相位的形式输出结果。6．单击对话框中的OK按钮，关闭对话框。将弹出ModeSupHarmonicAnalysis(模态叠加法谐响应分析)对话框。7．在ModeSupHarmonicAnalysis(模态叠加法谐响应分析)对话框中的Maximummodenumber(最大模态数)文本框中输入6。对话框中的其余设置保持缺省，单击OK按钮关闭对话框，完成对模态叠加法谐响应分析的设置，如图所示。§13.3定义边界条件、加载并求解进行谐响应分析_修改力载荷谐响应分析时的位移约束条件和模态分析时的完全相同。但在有限元模型上仍然保留这进行静力分析时在节点31上所加的拉伸力作用，在谐响应分析时该作用力是不必要的，因此需要将其删除。同时需要在节点8上施加谐响应分析的幅值为1N的简谐横向作用力。下面讲解具体的操作过程。1．选取菜单路径MainMenu|Solution|DefineLoads|Delete|Structural|Force/Moment|OnNodes，将会弹出DeleteNodeConstraints(节点约束删除)拾取对话框。2．单击图形窗口中的节点31，选取后节点上会出现一个小方框。3．单击拾取对话框中的OK按钮，将弹出DeleteF/MonNOdes(删除节点约束)对话框，如图所示。4．在对话框中的Forme/momenttobedeleted(删除力和力矩)下拉框中选中并单击“FX”，然后单击OK按钮关闭对话框，将结构静力分析时施加的拉伸力删除。§13.3定义边界条件、加载并求解进行谐响应分析_修改力载荷5．选取菜单路径MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Force/Moment|OnNodes，将会弹出ApplyF/MonNodes(施加节点力和力矩)拾取对话框。6．在ANSYS图形窗口中单击节点8，选中后在节点上会出现小方框。然后，单击拾取对话框中的OK按钮，将其关闭。将会弹出ApplyF/MonNodes(在节点上施加力和力矩)对话框。7．在对话框中的Directionofforce/mom(力和力矩施加方向)下拉框中选中并单击“FY”。然后，在Realpartofforce/mom(力和力矩实部值)文本框中输入-1，如图所示。8，对话框中的其余设置保持缺省，单击对话框中的OK按钮，关闭对话框，完成横向简谐载荷的施加。至此，完成了进行谐响应分析时吉他弦有限元模型上位移边界条件和载荷的定义，其所加载荷和约束如图所示。§13.3定义边界条件、加载并求解进行谐响应分析_定义载荷步选项在进行谐响应分析时还需要定义载荷步选项，包括谐响应分析的频率范围，载荷子步数，载荷施加方式等选项。另外，根据需要还可以指定求解结果在结果文件和数据库文件中的内容。下面进行具体的操作过程。1．选取菜单路径MainMenu|Solution|LoadStepOpts|Time/Frequenc|FreqandSubstps，将弹出HarmonicFrequencyandSubstepOptions(谐响应分析频率和子步选项)对话框。2．在对话框中的Harmonicfreqrange(谐响应频率范围)文本框中分别输入0，2000。在Numberofsubsteps(子步数)文本框中输入250。指定谐响应分析的频率范围为0～2000Hz，子步数为250。3．单击对话框中的Stepped单选按钮，选定载荷施加方式为阶跃式，如图所示。4．单击OK按钮，关闭对话框，完成载荷步选项的设置。§13.3定义边界条件、加载并求解进行谐响应分析_定义载荷步选项5．选取菜单路径MainMenu|Solution|LoadStepOpts|OutputCtrls|SoluPrintout，将弹出SolutionPrintoutControls(求解输出控制)对话框，如图所示。

6．单击对话框中的“None”单选按钮，将Printfrequency(打印频率)设置为不打印任何子步结果。对话框中的其余选项保持缺省，单击OK按钮关闭对话框。7．选取菜单路径MainMenu|Solution|LoadStepOpts|OutputCtrls|DB/ResultsFile，将弹出ControlsforDatabaseandResultsFileWriting(数据库和结果文件写入控制)对话框。8．在对话框中的单击单选按钮“Everysubstep”，指定将所有载荷子步的结果都写入结果文件和数据库文件，其余设置保持缺省，如图所示。9．单击对话框中的OK按钮关闭对话框，完成输出控制设置。§13.3定义边界条件、加载并求解进行谐响应分析_进行求解完成了边界条件和载荷的定义，以及分析选项、载荷步和结果输出选项的设置之后，下面来进行吉他弦的谐响应求解了，具体操作过程如下。1．选取菜单路径MainMenu|Solution|CurrentLS，将弹出/STATUSCommand(求解命令状态)输出窗口和SolveCurrentLoadStep(求解当前载荷步)对话框。2．检查求解命令状态输出窗口中列出的命令情况，看其中显示的分析选项如：分析类型、求解方法、载荷步设置等是否符合分析要求。如果所有选项都跟要求的相符，单击SolveCurrentLoadStep(求解当前载荷步)对话框中的OK按钮，进行吉他弦的模态叠加法谐响应分析求解。如果有不符合要求的地方，则回到相应菜单对其进行修改。3．当求解完成时，ANSYS将弹出Solutionisdone!(求解完成提示)对话框，单击对话框中的Close按钮，完成吉他弦的模态叠加法谐响应分析。4．选取菜单路径MainMenu|Finish，完成模态分析求解过程，关闭Solution菜单。5．单击ANSYS工具条上的SAVE_DB按钮，对已完成的操作进行存盘。§13.4观察分析结果上面完成了有预应力的吉他弦的模态叠加法谐响应分析求解，下面将进行结果的观察分析。用通用后处理器(POST1)可以对某一时刻整个模型上所有节点的结果进行观察，查看各阶固有频率的值及其所对应的模态振型。通过时间历程后处理器(POST26)可以得出吉他弦上某节点的振动幅值与激振频率的关系图，并通过图可以分析出什么样的激振频率才能激起吉他弦的谐响应。利用POST1观察结果利用POST26观察结果§13.4观察分析结果利用POST1观察结果本实例中将利用通用后处理器(POST1)观察吉他弦在求解频率范围内的各阶模态的固有频率和它们对应的振型模态，为后面结果的解释提供一定的依据。下面是具体的操作步骤。1．选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|ResultsSummary，程序将会列出吉他弦的所有求解的固有频率值。在文本框里列出了吉他弦的前6阶固有频率。2．单击对话框中的Close按钮，关闭对话框。3．选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|ReadResults|FirstSet，选择吉他弦的第一阶模态。4．选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|NodalSolu，将弹出ContourNodalSolutionData(彩色云图显示结果)对话框。通过在对话框中选择不同的选项，可以对选定模态的各种结果进行观察。这里只关心的是轮盘的前几阶固有频率和对应的模态振型，因此只对其总变形进行观察就可以了，其余的这里不再详细讲解。§13.4观察分析结果利用POST1观察结果5．在彩色云图显示项目的左列表框中选择DOFsolution(位移)，在右列表框中选择TranslationUSUM(总平动值)，选定吉他弦总位移为显示对象。6．单击“Def+undeformaed”单选按钮，将Itemstobeplotted(显示对象)设置为显示变形后和变形前的形状，以便对变形前和变形后的形状进行比较。显示的比例因子缺省为1。7．单击对话框中的OK按钮，对吉他弦第一阶模态彩色云图进行显示，结果如图所示。8．重复选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|ReadResults|NextSet，及步骤4、5、6、7可以观察吉他弦的其余各阶模态的振型。下显示了吉他弦第2～6阶模态的振型。§13.4观察分析结果利用POST1观察结果§13.4观察分析结果利用POST26观察结果通过时间－历程后处理器(POST26)可以得到吉他弦上某节点的振动幅值与激振频率的关系图，由图上曲线可以分析得出什么样的激振频率才能激起吉他弦的谐响应，下面讲解详细的操作过程。1．选取菜单路径MainMenu|TimeHist

Postpro，进入时间－历程后处理器(POST26)。同时，将会弹出TimeHistoryVariables(时间－历程变量)浏览器，如图所示。2．在浏览器中，选取菜单路径UtilityMenu|File|OpenResults，将会弹出SelectResultsFile(选择结果文件)对话框，从对话框中的可选文件列表框中选择结果文件“CH13.rfrq”，单击对话框中的打开(D)按钮，读入结果文件并关闭对话框，。3．在随后弹出的SelectDatabaseFile(选择数据库文件)对话框中选择数据库文件“CH13.db”，然后单击打开(D)按钮，关闭对话框。同时会出现没有数据被保存的警告信息。单击对话框中的Close按钮，关闭对话框。变量浏览器中的变量列表框中的变量由原来的“TIME”变为“FREQ”。§13.4观察分析结果利用POST26观察结果4．单击浏览器中部的“Calculator”工具条，工具条下面的Calculator(求解器)部分对话框会隐藏(这样可以方便读者观看ANSYS图形输出窗口中的图形)。5．单击浏览器工具栏最左边的添加变量按钮+，将会弹出AddTime-HistoryVariable(选择添加的变量)对话框，如图所示。6．依次双击对话框中结果项列表框中的NodalSolution|DOFSolution选项，然后单击打开的Y-Componentofdisplacement选项，使其高亮度显示将其选中。7．在VariableName(变量名)文本框中输入“UY_Node_16”，指定要定义的变量名为“UY_Node_16”。单击OK按钮关闭对话框。将弹出节点拾取对话框和一个警告信息对话框8．单击警告对话框中的Close按钮，关闭对话框。§13.4观察分析结果利用POST26观察结果9．在ANSYS图形输出窗口中单击节点16(选上后在节点上会出现一个小方框)，然后单击拾取对话框中的OK按钮，完成对变量的定义。在变量浏览器中会出现刚定义的变量“UY_Node_16”的属性列表，其变量代号自动定义为2。10．在变量浏览器中，单击对话框右上角的下来框中的“Amplitude”，指定要查看变量的结果为Amplitude(幅值