【文章內(nèi)容簡介】 lumes 拾取 All 選擇 “YZ plane”，單擊【 OK】，生成如下圖所示 2）保存結(jié)果 。Toolbar: SAVE_DB。如圖 39 所示。 圖 39 生成軸承座模型 （ 16）粘接所有體 1） 粘接操作； Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Glue Volumes 拾取 All 2）保存結(jié)果 。 Toolbar: SAVE_DB。 11 4 軸承座的模態(tài)分析 模態(tài)分析理論及分析過程 [4] 模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)振動特性的一種技術(shù)，包括頻率、振型等的分析，它是所有動力學(xué)分析最基礎(chǔ)的內(nèi)容。模態(tài)分析可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振或以特定頻率進(jìn)行振動，使工程師認(rèn)識到結(jié)構(gòu)對于不同類型的動力荷載是如何響應(yīng)的，有助于在其他動力分析中估算 求解控制參數(shù)。 模態(tài)分析的通用運(yùn)動方程為： [M]{u}+[C]{u}+[K]{u}={F(t)}。 ………………… （１） 其中： [M]為質(zhì)量矩陣； [C]為阻尼矩陣； [K]為剛度矩陣； u為節(jié)點(diǎn)位移矢量；u和 u分別為位移矢量對時間 t 的一階和二階導(dǎo)數(shù)； F(t)為外界載荷矢量。 文中的軸承座 可假定為 自由振動 并忽略阻尼 ，則方程 變?yōu)椋篬M]{u}+[K]{u}={0}。 …………………………… （２） 模態(tài)分析假定結(jié)構(gòu)是線性的（如 [M]和 [K]保持為常數(shù)），在諧運(yùn)動的情況下，方程可化為： ([K]ω2[M]){u}={0}。 ………………………… （３） 其中： ω 為結(jié)構(gòu)的自然圓周頻率。由系數(shù)行列式 det([K]ω2[M])＝０可求出方程的特征值 λi(λi=ωi2)，從而得到結(jié)構(gòu)的自然圓頻率 ωi，并可得出結(jié)構(gòu)的自然頻率 fi=ωi/(2π)。特征值 λi 對應(yīng)的特征向量 {u}ｉ表示振型，即假定結(jié)構(gòu)以頻率fi 振動時的形狀 模態(tài)分析步驟 指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇 （ 1）設(shè)置標(biāo)題等 Utility MenuFileChange Title Utility MenuFile Change Jobname Utility MenuFileChange Directory （ 2） 選取菜單途徑 Main MenuPreference ,單擊 Structure,單擊 OK 定義單元類型 ＡＮＳＹＳ程序中提供了多種實體單元，本文采用的是Ｓｏｌｉｄ９２單元，此單元具有二次位移型函數(shù)，非常適合于模擬不規(guī)則形狀的結(jié)構(gòu)。它由１０個節(jié)點(diǎn)定義，每個節(jié)點(diǎn)有３個自由度；此單元具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變等功能。單元外形如圖 41 所示 [5]。 模型的材料選擇為Ｑ 235 鋼，密度為 780ｋｇ／ｍ３，彈性模量為 210GPA，泊松比為 ． 12 圖 41 Ｓｏｌｉｄ９２ 單元類型 上面的實常數(shù)在 mm 單位制（即模型尺寸單位為 mm）下輸入到 Ansys時應(yīng)為 EX=2e5MP， PRXY=， DENS=^3。 Main Menu: PreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteSelect solid 92。依次選?。?Main Menu→Preprocessor→Material Pr ops→Material Model 出現(xiàn) Define Material Model Behavior 對話框，再依次選?。? Material Models Available→Structural→Linear→Elastic→Isotropic 出現(xiàn) Linear Isotropic Propeties for Materal Number 1 對話框，在 EX輸入欄中輸入 。在 PRXY中輸入 。點(diǎn)擊 ok 退出。再選取 Structural→Density ，設(shè)置材料密度，在彈出的對話框中， DENS 一欄 輸入 ， OK，退出對話框。點(diǎn)擊Materal→Exit 完成參數(shù)設(shè)置。 劃分網(wǎng)格 選取菜單途徑 Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool,出現(xiàn)MeshTool 對話框，一般采用只能劃分網(wǎng)格，點(diǎn)擊 SmartSize,下面可選擇網(wǎng)格的相對大?。ㄌ〉挠嬎惚容^復(fù)雜，不一定能產(chǎn)生好的效果，一般做兩三組進(jìn)行比較），保留其他選項，單擊 Mesh 出現(xiàn) Mesh Volumes 對話框，其他保持不變單擊 Pick All，完成網(wǎng)格劃分。 有限元法的基礎(chǔ)是用有限個單元體的集合來 代替原有的連續(xù)體。因此首先要對實體結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的簡化，再將實體結(jié)構(gòu)劃分為有限個單元組成的離散體，單元之間通過單元節(jié)點(diǎn)相連接。本文的模型比較復(fù)雜，采用智能網(wǎng)格劃分，劃分等級為１級，得到４０２５８個節(jié)點(diǎn)、２５４５５個單元，劃分結(jié)果如圖 42 所示： 進(jìn)入求解器并指定分析類型和選項 選取菜單途徑 Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，將 13 圖 42 劃分網(wǎng)格 出現(xiàn) New Analysis 對話框 ,選擇 Modal 單擊 OK。 選取 Main MenuSolution Analysis TypeAnalysis Options， 將出現(xiàn)Modal Analysis 對話框，選中 Subspace 模態(tài)提取法，在 Number of modes to extract 處輸入相應(yīng)的值 20，單擊 OK，出現(xiàn) Subspace Model Analysis 對話框，選擇頻率的起始值，其他保持不變，單擊 OK。 施加邊界條件 施加的約束要和實際工況相符合，本文的軸承座模型底部約束為豎直方向位移為零，４個安裝孔徑向約束為對稱 ,選取 MainMenuSolutionDefine loadsApplyStructuralDisplacement,出現(xiàn) ApplyU,ROT on KPS 對話框，選擇在點(diǎn)、線或面上施加位移約束 ,單擊 OK 會打開約束種類對話框，選擇（ All DOF,UX,UY,UZ）相應(yīng)的約束 ,單擊 apply 或 OK 即可。 執(zhí)行求解 選取菜單途徑 Main MenuSolutionSolveCurrent LS。瀏覽在 /STAT 命令對話框中出現(xiàn)如下圖所示的信息，然后使用 FileClose 關(guān)閉該對話框 ,單擊 OK。在出現(xiàn)警告 “A check of your model data produced 1 Warning。 Should the SOLV mand be executed?”時單擊 Yes,求解過程結(jié)束后單擊 close。如圖 43 所示。 列出固有頻率 Main MenuGeneral PostprocResults Summary。瀏覽對話框中的信息。如圖 44 所示。 查看模態(tài)形狀 查看某階模態(tài)的變形，首先讀入求解結(jié)果，如現(xiàn)在要查看一階模態(tài) , 執(zhí)行 Main MenuGeneral PostprocRead resultsfirst Set,然后執(zhí) 14 圖 43 求解信息 圖 44 固有頻率 行 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，在彈出對話框中選擇 “Def+undefe edge”單擊 OK。 查看下一階振型圖 Main MenuGeneral PostprocRead ResultsNext Setplot。 第 1 階模態(tài) 第 2 階模態(tài) 第 3 階模態(tài) 第 4 階模態(tài) 第 5 階模態(tài) 第 10 階模態(tài) 15 第 15 階模態(tài) 第 20 階模態(tài) 模態(tài)分析結(jié)果 對某階固有頻率，該階模態(tài)振型中變形較大的部位是敏感部位，改變這些部位的物理參數(shù)，將獲得較大的固有頻率的改變。 當(dāng)工作頻率與固有頻率相等或接近時， 對軸承支座造成傷害就越大。 模態(tài)分析可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振或以特定頻率進(jìn)行振動，使工程師認(rèn)識到結(jié)構(gòu)對于不同類型的動力荷載是如何響應(yīng)的。 5 結(jié)論 （１）在用ＡＮＳＹＳ對軸承座進(jìn)行前處理的過程中，必須指定模型的密度，否則不能得出想要的結(jié)果。 （２）模型的求解是在無阻尼、自由振動的假設(shè)前提下進(jìn)行的。 （３）必 須對模型施加與實際情況相符的約束，不允許有非零位移約束。（４）通過ＡＮＳＹＳ軟件對軸承座進(jìn)行了有限元動力學(xué)模態(tài)分析，求出了軸承座的低階（前 20階）固有頻率和振型。為了防止結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，應(yīng)盡量使外界激勵響應(yīng)的頻率避開軸承座的固有頻率。位移矢量圖中的頂部位置附近是不同振型下位移的最大值位置，這些區(qū)域應(yīng)該重點(diǎn)考慮。研究結(jié)果可為軸承座的動態(tài)響應(yīng)計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。 （５）利用先進(jìn)的有限元技術(shù)來研究軸承座的固有頻率和振型，可縮短研發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量。 6 總結(jié) 相對于其他應(yīng)用型軟件而言， ANSYS 作為 大型權(quán)威性的有限元分析軟件，對提高解決問題的能力是一個全面的鍛煉過程，是一門相當(dāng)難學(xué)的軟件。在剛開始接觸的時候會感到無從下手，照著書本上的例子做也是云里霧里不知所云，但多花點(diǎn)時間練習(xí)后漸漸有了些眉目，知道了該如何去學(xué)它，也逐漸有了學(xué)習(xí) 16 ANSYS 的興趣。 我認(rèn)為要學(xué)好 ANSYS，就要對自己提出很高的要求，一方面，需要學(xué)習(xí)者有比較扎實的力學(xué)理論基礎(chǔ)，對 ANSYS分析結(jié)果能有個比較準(zhǔn)確的預(yù)測和判斷，可以說，理論水平的高低在很大程度上決定了 ANSYS 使用水平；另一方面，需要學(xué)習(xí)者不斷摸索出軟件的使用經(jīng)驗不斷總結(jié)以 提高解決問題的效率。 在學(xué) ANSYS 時，以前學(xué)的很多基本概念和力學(xué)理論知識都忘得差不多了，因而遇到有一定理論難度的問題可能很難下手，特別是對結(jié)果的分析，需要用到《材料力學(xué)》和《彈性力學(xué)》里面的知識進(jìn)行理論上的判斷，所以在這種情況下，復(fù)習(xí)一下《材料力學(xué)》，《彈性力學(xué)》和《塑性力學(xué)》，加深對基本概念的理解是非常有必要的，實際上，適當(dāng)?shù)膹?fù)習(xí)并不要花很多時間，效果卻很明顯，不僅能勾起對已學(xué)知識的回憶，還能加深理解，使遇到的問題得到順利的解決。 同時，作為工科學(xué)生，我們 還要加強(qiáng)自己的建模能力，有意識的去訓(xùn)練自己的 建模思想和技巧，這就要求我們多做練習(xí)，反復(fù)訓(xùn)練才能熟練并理解的較為深刻，從而才能起到舉一反三的功效。 再者，我們要多問問題多積累經(jīng)驗。學(xué)習(xí) ANSYS 的過程實際上是一個不斷解決問題的過程，問題遇到的越多，解決的越多，實際運(yùn)用 ANNSYS 的能力才會越高。對于初學(xué)者，必將會遇到許許多多的問題，對遇到的問題最好能記下來，認(rèn)真思考，逐個解決，積累經(jīng)驗。只有這樣才會印象深刻，避免以后犯類似的錯誤，即使遇到也能很快解決。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我熟悉了 ANSYS 操作步驟，從定義單元類型到建模到結(jié)果分析，有了明確的思路和整 體的認(rèn)識。了解了一般問題進(jìn)行 ANSYS 求解的步驟方法。而且，我還認(rèn)識到不同的工程問題， ANSYS 在定義時是根據(jù)實際情況定義的，沒有固定的方式、方法。 17 致謝 在這次畢業(yè)設(shè)計中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙硭鶎W(xué)的知識做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識，獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運(yùn)用資料，還使我學(xué)會如何與同學(xué)共同討論問題。這對我以后的工作有很大的幫助 ,今后我會在工作中不斷的學(xué)習(xí) ,努力的提高自己的水平。經(jīng)過本次 設(shè)計，我切實體會到作為一個優(yōu)秀的設(shè)計人員的艱難性。在設(shè)計過程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問題，有的是知識方面的不足導(dǎo)致的，有的是設(shè)計經(jīng)驗方面不足導(dǎo)致的。這些問題有時使得我束手無措，不過在指導(dǎo)老師幫助和自己的努力下，終于使得我順利完成了設(shè)計。 雖然我的設(shè)計存在很多不足的地方，但在這一個多月的時間里，我學(xué)到了很多有用的知識，也積累了一定的設(shè)計經(jīng)驗，這些對于我即將要走向社會工作崗位，將起到很關(guān)鍵的作用。 在此衷心感謝學(xué)校、學(xué)院各位老師 4 年來給我的教育和培養(yǎng)，特別要感謝老師在我的畢業(yè)設(shè)計期間給予的諸多指導(dǎo)。 18 參考文獻(xiàn) [1]楊軍，楊世文，王京濤等 . 基于 ANSYS 的軸承座 的模態(tài) 分析 [J]. 機(jī)械工程與自動化 ,2021（ 4） [2]李澤天 ,王興偉 ,李小飛 . 基于 ANSYS 的軸承座有限元分析 [J]. 兵工自動化 . 2021(12) [3]楊康，韓濤．ＡＮＳＹＳ在模態(tài)分析中的應(yīng)用［Ｊ］．佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2021，２３（１）：８２－８４ [4]傅志方，華宏星．模態(tài)分析理論與應(yīng)用［Ｍ