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: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(上海交通大學振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室,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。通過對一懸臂矩形板實例的計算結(jié)構(gòu)與分析,使子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合法與ANSYS軟件有機的結(jié)合,具有一定的可行性和實用性。關(guān)鍵詞:子結(jié)構(gòu);模態(tài)綜合;ANSYS;懸臂矩形板中圖分類號:TB535　　文獻標識碼: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年代開始,不斷有學者提

4、出各種子結(jié)構(gòu)的方法,多年的實踐證明,該方法已成為解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)動力分析的有效方法,它不僅能夠大幅度降低動力方程的數(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,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。從原理上講,方法本身并不復(fù)雜,但真正使用在實際結(jié)構(gòu)有一定難度,其關(guān)鍵的一步是對界面的處理。而ANSNS軟件就是兼顧了這方面的因素,同樣一個結(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,使用簡便。本文通過對一懸臂矩形板實例的計算與分析,表明了該計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)綜合方法的理論書很多,可參閱文獻[1][2],這里僅介紹子結(jié)構(gòu)綜合法求解思路,一般計算步驟可歸納為:(1)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點,把一復(fù)雜的結(jié)構(gòu)劃分為若干個子結(jié)構(gòu),并對每一個子結(jié)構(gòu)進行有限元分析,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　控　制　　　　　　　　　　第4期陣[mα]。(2)計算并選擇各子結(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],進行第一次坐標變換-由各子結(jié)構(gòu)的物理坐標變換到模態(tài)坐標{uα}=[α]{qα}。并形成對于各子結(jié)構(gòu)、對子模態(tài)坐標{qα}的[mα]和[kα]。(3)在{q}=[qαK]T中選擇不獨立的廣義坐標{qd},則{q}中其余的坐標就是獨立的廣義坐標{qI}={p}。(4)根據(jù)子結(jié)構(gòu)間相互連接協(xié)調(diào)條件形成對于廣義坐標{q}的約束方程[C]{q}={0},并由約束方程解出{qd},完成獨立的廣義坐標變換:{q}=[s]{p}。(5)用獨立坐標變換矩陣[S]對[K]=kα00kn與[m]=mα00mn進行合成變換,得到系統(tǒng)對獨立廣義坐標{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]便可形成對于結(jié)構(gòu)無阻尼自由振動特征值問題的方程([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)坐標下的主模態(tài)。(7)再現(xiàn)子結(jié)構(gòu)情況,即由模態(tài)坐標返回到子結(jié)構(gòu)物理坐標。2　子結(jié)構(gòu)軟件簡介　　ANSYS子結(jié)構(gòu)軟件包括三個步驟:即生成、求解使用、擴展等三部分。生成部分:將一系列普通的有限元單元凝聚為一個超單元。凝聚是通過定義一組主自由度來實現(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,提取模型的動力