专题文章
发布时间：2020-06-28
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确定一个结构在已知频率的正弦（简谐）载荷作用下结构响
输入：已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）；同一频率的多种载荷，可以是同相或不同相的。输出：每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相；其它多种导出量，例如应力和应变等。旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等）的支座、固定装置和部件；受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例如涡轮叶片、飞机机翼、桥和塔等。-结构的总体刚度，质量和阻尼矩阵应该是恒定矩阵，或与频率相关；-加速度，轴承或力矩载荷被假设为同相，仅具有实部。(1)所有载荷和位移以相同频率，相位可以不同的正弦形式施加到结构上；(2)所有载荷和位移，输入与输出都假设发生在同一个频率点；(1)当激励频率靠近激励方向的结构的固有频率时，则结构会发生共振现象；(2)随着结构阻尼的增加，所有激励频率对于的结构响应最大幅值都会减小；(3)较小的阻尼变化，也会对靠近共振点的结构响应有较大的影响；(4)对于任何结构阻尼，在共振点，相位角都会通过±90° 。在谐响应分析中，结构中的所有节点都以相同频率，不同的相位运动。结构中各点的阻尼不同，导致相位的不同。结构的位移表达式和力的表达式具有将节点位移表达式进行求导数，可以获取节点速度和节点加速度将力的表达时和位移，速度，加速度的表达式，代人控制方程得ANSYS Workbench提供了完全法和模态叠加法两种求解方法，来求解上式。系统使用结构静力学求解器，并引入复数算法，直接求解谐响应问题。(3)求解的频率点必须是等于分布于设置的激励频率范围之中；(4)程序使用稀疏矩阵直接求解器来求解含复数的代数方程组。-质量阻尼系数Alpha 和刚度阻尼系数Beta 被用来定义瑞雷阻尼中的α和β常数。阻尼矩阵[C]，使用这些常数乘以总体质量矩阵和总体刚度矩阵来表示：
(1)材料阻尼是材料的内在固有属性，能量通过材料内的分子内摩擦来消耗，因此在动力学计算中，需要考虑进去；(2)在真实系统中由于内摩擦造成的能量耗散并不取决于结构的固有频率；(3)工程中将材料阻尼考虑为阻尼力，该阻尼力与速度成正比，与结构的频率成反比。除了以下结构载荷和支撑条件，其他的载荷和支撑条件谐响应分析都支持：
-仅压缩支撑，如果用户定义，则程序将其处理为无摩擦支撑。谐响应计算中，所有的结构载荷都是以相同的激励频率进行正弦加载；用户可以使用远端力，力矩和加速度载荷，但是这些载荷仅以0相位角进行正弦运动加载。-并不是所有的载荷都支持相位角输入，加速度，轴承载荷和力矩载荷的相位角只能设置为0；-如果计算中还有其他载荷，即使移动了这些载荷的相位角，加速度，轴承载荷和力矩载荷的相位角仍然是0。-载荷值代表了其幅值(F1max and F2max).-如果只定义一个载荷，不需要定义相位角，即采用默认值0.Analysis Settings > Options
如图所示将载荷的激励频率设置0-500Hz，并且设置求解间隔为10，则程序会求解50Hz，100Hz，150Hz,200Hz…500Hz共10个频率点的的结构响应值。Analysis Settings > OptionsAnalysis Settings > Output ControlsAnalysis Settings > Damping ControlsAnalysis Setting > Solution Method > Full(1)模态叠加法是一种近似求解技术，求解的精度取决于模态计算中提取的模态阶数，提取的模态阶数越多，求解越精确；
(4)求解的频率点可以平均分布在整个频率求解域中，也可以在结构的固有频率处产生非均匀分布，即集中分布；(5)模态叠加法通过使用具有正交关系的模态振型向量的线性组合来对谐响应分析控制方法进行解耦计算。(1)结构的1阶模态振型与2阶模态振型的和可以近似表示出结构的最终响应。因为模态的振型是相对的，因此需要系数y1和y2。(2)模态的振型（特征向量）也称为广义坐标，因此在这种情况下，系数y1和y2相当于广义坐标下的自由度。Analysis Settings > OptionsAnalysis Settings > OptionsAnalysis Settings > Options-在模态叠加法中，当施加的载 荷激励频率非常高，高于结构 的求解的最高固有频率时，结构的动力学响应是近似的残差矢量法（The residual vector method ）-将结构的平动模态位移矢量添加到模态平动的特征向量中；需要相关案例模型的请添加微信：18510898133（微信）
