Лабораторная работа №2

МОДАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Цель работы: рассчитать собственные частоты конструкции, приведенной на рис. 4, в не нагруженном состоянии; сделать анимационный файл к одной или нескольким (по указаниям преподавателя) собственным частотам; провести анализ собственных частот той же конструкции в преднагруженном состоянии и сравнить результаты.

Тип анализа	Статический
Тип используемого конечного элемента	Оболочка (Shell)
Тип граничных условий	Закрепление конструкции по двум линиям, воздействие не распределенной нагрузки
Возможности	Получение собственных частот, модальный анализ преднагруженной конструкции
Внешнее воздействие	1000 Н

Рис. 4

Порядок выполнения работы:

1. Определяем тип анализа:

MAIN MENU => PREFERENCES…=> STRUCTURAL=> ОК.

2. Выбираем тип используемого элемента, задаём его толщину и определяемся со свойствами материала:

Выбираем элемент – MAIN MENU => PREPROCESSOR => ELEMENT TYPE => ADD/EDIT/DELETE… => ADD… => STRUCTURAL SHELL ELASTUC 4 NODE 63 => ОК=> CLOSE.

Задаём толщину – M.M. => PREPROCESSOR => REAL CONSTANTS => ADD/EDIT/DELETE… => ADD… => ОК => SHELL THICKNESS AT NODE I TK(I) = 0.003 метра => ОК => CLOSE.

Выбираем свойства материала и задаём его характеристики – M.M. => PREPROCESSOR => MATERIAL PROPS=> MATERIAL MODELS… => MATERIAL MODELS AVAILABLE => STRUCTURAL => LINEAR => ELASTIC => ISOTROPIC => EX = 2е11 Па, PRXY = 0,3 => ОК => DENSITY => DENS = 7800 кг/м³.

3. Строим деталь:

А . Прямоугольник:

M.M. => PREPROCESSOR => –MODELING– CREATE => –AREAS– RECTANGLE => BY DIMENSIONS… => X1 = 0 м, X2 = 0,05 м, Y1 = 0 м, Y2 = 0,04 м => OK.

Б. Окружность:

Перемещаем рабочую систему координат. Для перемещения рабочей системы координат делаем ее активной:

U.M. => WORKPLANE => CHANGE ACTIVE CS TO => WORKING PLANE, затем U.M.=> WORKPLANE => OFFSET WP TO (куда переместить рабочую систему)=>KEYPOINT => нажимаем на точку, указанную на рис. 5 цифрой 1=> ОК.

Строим окружность радиусом 0,02 метра:

M.M. => PREPROCESSOR => –MODELING– CREATE => –AREA– CIRCLE => SOLID CIRCLE => RADIUS = 0,02 => ОК.

В

Рис. 5

. Выполняем логическое сложение пластины и окружности посредством функции ADD: M.M. => PREPROCESSOR => OPERATE => ADD => AREA => PICK ALL.

Г. В соответствии с пунктом В перемещаем активную систему координат на центр левой стороны прямоугольника:

U.M. => WORKPLANE => CHANGE ACTIVE CS TO (какую координатную систему сделать активной) => WORKING PLANE, затем U.M. => WORKPLANE => OFFSET WP TO (куда переместить рабочую систему)=> KEYPOINT => выделяем две точки 2 и 3, как показано на рисунке 1=> ОК.

Д. Строим окружность аналогично пункту Б радиусом 0,01 метра.

Е. Складываем полученные фигуры аналогично пункту В.

4. Разбиваем конструкцию на конечные элементы:

M.M. => PREPROCESSOR => –MESHING– SIZE CNTRLS => –MANUAL SIZE– –GLOBAL– SIZE… => NDIV = 4 => ОК, затем: M.M. => PREPOCESSOR => –MESHING– MESH => –AREAS– FREE+ => PICK ALL.

5. Проводим модальный анализ не нагруженной конструкции:

M.M. => SOLUTION => NEW ANALYSIS => MODAL (анализ на собственные частоты) => OK, затем: M.M. => SOLUTION => ANALISYS OPTIONS => MODOPT = Block Lanczos, No. of modes to extract = 10, MXPAND = Yes, NMODE = 10, ELCALC = No, LUMPM = No, PSTRES = No => OK => FREQB = 0, FREQE = 10000 => ОК.

Выполняем расчет: M.M. => SOLUTION => CURRRENT LS => OK.

6. Просматриваем результаты расчета:

M

!!! Чтобы сделать анимационный файл, нужно выполнить следующую последовательность действий:

U.M. => PLOT CTRLS => ANIMATE=> MODE SHAPE…=> No. of frames to create = 50, Time delay = 0.05, Acceleration type = Linear, Display Type = DOF Solution, Translation USUM => ОК.

.M. => GENERAL POSTPROC => –READ RESULTS– FIRST SET => PLOT RESULTS => –CONTOUR PLOT– NODAL SOLU… => PLNSOL = DOF SOLUTION, TRANSLATION USUM => OK.

Для просмотра следующих частот, по очереди, второй, третьей и т.д.: M.M. => GENERAL POSTPROC => –READ RESULTS– NEXT SET (следующая частота) N-1 раз, где N – номер собственной частоты, то есть для просмотра третьей частоты нажимаем два раза=> PLOT RESULTS => –CONTOUR PLOT– NODAL SOLU… => PLNSOL = DOF SOLUTION, TRANSLATION USUM => OK.

7. Проводим анализ преднагруженной конструкции:

1. Нагружаем и закрепляем созданную ранее конструкцию:

M.M. => PREPROCESSOR => LOADS => NEW ANALIS => STATIC => OK. Теперь: M.M. => PREPROCESSOR => LOADS => ANALYSIS OPTIONS… => NGEOM = Off; NROPT = Program chosen, ON if necessary; LUMPM = Yes; пропущенные в описании пункты окна остаются без изменений; PIVCHECK = On => OK.

1. Закрепляем деталь и прикладываем к ней внешнее воздействие:

M.M. => PREPROCESSOR => LOADS => –LOADS– APPLY => DISPLACEMENT => ON LINES => нажимаем на линии закрепления указанные в задании по очереди => ОК => ALL DOF => ОК; M.M. => PREPROCESSOR => LOADS => –LOADS– APPLY => FORCE / MOMENT => ON NODES+ (в узле) => нажимаем на указанное заданием место приложения нагрузки => OK => LAB = FZ, CONSTANT VALUE; VALUE =–1000 => OK.

Г. Проводим статический расчет преднагруженной конструкции:

M.M. => SOLUTION => CURRRENT LS => OK.

Д. Проводим модальный анализ преднагруженной конструкции:

M.M. => SOLUTION => NEW ANALIS => MODAL => OK. Теперь: M.M. => SOLUTION => ANALISYS OPTIONS… => все настройки остаются без изменений по отношению к предыдущему модальному анализу кроме LUMPM = Yes, PSTRES = Yes => ОК => FREQB = 0, FREQE = 10000 => ОК. Затем: M.M. => SOLUTION => CURRRENT LS => OK.

Е. Сравниваем результаты расчета преднагруженной конструкции (аналогично пункту 6) и сравниваем с полученными ранее.

Содержание отчета: краткие теоретические сведения, подробное описание всех шагов расчета с помощью ANSYS при проведении модального анализа, рисунки состояния детали после приложения нагрузок. Сравнение полученных результатов расчета ненагруженной детали с преднагруженной деталью. Выводы.