子結(jié)構(gòu)方法在ansys軟件中的應(yīng)用

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1、文章編號(hào):1006-1355(2001)05-0016-03子結(jié)構(gòu)方法在ANSYS軟件中的應(yīng)用周海亭,陳　蓮(上海交通大學(xué)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200030)　　摘要:本文介紹了子結(jié)構(gòu)方法在ANSYS(CAE軟件)中的應(yīng)用,及該方法使用步驟。通過(guò)對(duì)一懸臂矩形板實(shí)例的計(jì)算結(jié)構(gòu)與分析,使子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合法與ANSYS軟件有機(jī)的結(jié)合,具有一定的可行性和實(shí)用性。關(guān)鍵詞:子結(jié)構(gòu);模態(tài)綜合;ANSYS;懸臂矩形板中圖分類(lèi)號(hào):TB535　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AApplicationofsubstructuremethodinsoftware-ANSYSZHOUHai-ting,CH

2、ENLian(ShanghaiJiaotongUniversity,StateKeyLaboratoryofVibration,ShockandNoise,Shanghai200030,China)　　Abstract:ThispaperismainlytodiscusstheapplicationofsubstructuremethodinCAEsoftware———ANSYS.AndithasintroducetheapplicationstepsofsubstructuremethodinANSYS.Accordingtotheresultscomputedandan

3、alysisoftheinstanseonthecantileverplate.Itcombinesanorganiesuchmethodwiththesoftware-ANSYS.Itprovesthatthesubstructuremethodisvalidandfeasible.Keywords:substructuremethod;ANSYS;modalsynthesistheory;cantileverplate收稿日期:2001-06-06作者簡(jiǎn)介:周海亭(1947-),男,浙江鄞縣人,副教授。前　言　　子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合理論已日趨成熟,從60年代開(kāi)始,不斷有學(xué)者提

4、出各種子結(jié)構(gòu)的方法,多年的實(shí)踐證明,該方法已成為解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的有效方法,它不僅能夠大幅度降低動(dòng)力方程的數(shù)目,且能保證結(jié)構(gòu)分析的精度。但是,該方法在ANSYS中的應(yīng)用尚了解不多,很少有人去開(kāi)發(fā)使用CAE軟件包。本文著力將子結(jié)構(gòu)方法與ANSNS軟件相接合,使子結(jié)構(gòu)方法計(jì)算成為可能。眾所周知,子結(jié)構(gòu)綜合的方法很多,歸結(jié)起來(lái),主要是固定界面模態(tài)綜合法與自由界面模態(tài)綜合法兩大類(lèi)。從原理上講,方法本身并不復(fù)雜,但真正使用在實(shí)際結(jié)構(gòu)有一定難度,其關(guān)鍵的一步是對(duì)界面的處理。而ANSNS軟件就是兼顧了這方面的因素,同樣一個(gè)結(jié)構(gòu),邊界可處理為固定,也可處理為自由,界面的處理完全可人為控

5、制,這樣大大地提高了程序的通用性,使用簡(jiǎn)便。本文通過(guò)對(duì)一懸臂矩形板實(shí)例的計(jì)算與分析,表明了該計(jì)算軟件的可操作性和可行性,初步掌握了該方法的應(yīng)用背景和使用技巧。1　子結(jié)構(gòu)綜合法一般求解思路　　關(guān)于子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合方法的理論書(shū)很多,可參閱文獻(xiàn)[1][2],這里僅介紹子結(jié)構(gòu)綜合法求解思路,一般計(jì)算步驟可歸納為:(1)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),把一復(fù)雜的結(jié)構(gòu)劃分為若干個(gè)子結(jié)構(gòu),并對(duì)每一個(gè)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析,得到每一子結(jié)構(gòu)的剛度矩陣[kα],質(zhì)量矩2001年8月　　　　　　　　　噪　聲　與　振　動(dòng)　控　制　　　　　　　　　　第4期陣[mα]。(2)計(jì)算并選擇各子結(jié)構(gòu)的分支模態(tài),形成各子結(jié)構(gòu)的分

6、支模態(tài)矩陣[Φα],進(jìn)行第一次坐標(biāo)變換-由各子結(jié)構(gòu)的物理坐標(biāo)變換到模態(tài)坐標(biāo){uα}=[α]{qα}。并形成對(duì)于各子結(jié)構(gòu)、對(duì)子模態(tài)坐標(biāo){qα}的[mα]和[kα]。(3)在{q}=[qαK]T中選擇不獨(dú)立的廣義坐標(biāo){qd},則{q}中其余的坐標(biāo)就是獨(dú)立的廣義坐標(biāo){qI}={p}。(4)根據(jù)子結(jié)構(gòu)間相互連接協(xié)調(diào)條件形成對(duì)于廣義坐標(biāo){q}的約束方程[C]{q}={0},并由約束方程解出{qd},完成獨(dú)立的廣義坐標(biāo)變換:{q}=[s]{p}。(5)用獨(dú)立坐標(biāo)變換矩陣[S]對(duì)[K]=kα00kn與[m]=mα00mn進(jìn)行合成變換,得到系統(tǒng)對(duì)獨(dú)立廣義坐標(biāo){q}={p}的剛度矩陣[K]

7、=[s]T[K][S]和質(zhì)量矩陣[M]=[s]T[m][S]。(6)求解由[K]、[M]便可形成對(duì)于結(jié)構(gòu)無(wú)阻尼自由振動(dòng)特征值問(wèn)題的方程([K]-ω2[M]){A}={0}由此便可解得結(jié)構(gòu)的近似固有頻率與在模態(tài)坐標(biāo)下的主模態(tài)。(7)再現(xiàn)子結(jié)構(gòu)情況,即由模態(tài)坐標(biāo)返回到子結(jié)構(gòu)物理坐標(biāo)。2　子結(jié)構(gòu)軟件簡(jiǎn)介　　ANSYS子結(jié)構(gòu)軟件包括三個(gè)步驟:即生成、求解使用、擴(kuò)展等三部分。生成部分:將一系列普通的有限元單元凝聚為一個(gè)超單元。凝聚是通過(guò)定義一組主自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)的,主自由度用于定義超單元與模型中其它單元之間的邊界,提取模型的動(dòng)力