【ANSYS算例】7.2(1) 汽車懸掛系統的振動模態分析(GUI)一個簡單的汽車系統如圖7-2所示，若將其處理成平面系統，可以由車身(梁)、承重。前后支撐組成0汽車懸架振動系統可以簡化成由以下兩個主要運動組成：運動體系在垂直方向的線性運動以及車身質量塊的旋轉運動，對該系統進行模態分析。模型中的各項參數如表7-1所示，為與文獻結果進行比較，這里采用了英制單位。表7-1 汽車懸架振動模型的參數 材料參數幾何參數彈性模量E = 4 109 psf加速度g = 32.2 ft/sc2質心的前距離= 4.5 ft車身重量W= 3 220 lb車身質量m = W/g = 100 lb.sc2/ft質心的后距離= 5.5ft前懸架支撐彈簧系數k1 = 2 400 lb/ft后懸架支撐彈簧系數k2 = 2 600 lb/ft質量分布的回轉半徑r=4ft解答 計算模型如圖7-2(b)所示。 (a) 問題描述 (b)有限元分析模型 圖7-2汽車懸架振動系統模型這里將車身簡化為梁，僅起到連接作用，這里設定不考慮梁的質量對振動性能的影響，因此需將密度設定為零即可，但在建模時需要輸入梁的各種參數(包括材料以及幾何參數)。實際上，可以將車身梁的彈性效果通過質量塊的垂直運動及旋轉運動來等效，質量塊的轉動慣性矩為，r取為4ft，經計算為。可以看出所采用的平面簡化模型僅有兩個自由度(梁單元由于取密度為零，將僅起連接作用)。采用2D的計算模型，使用梁單元2-D Elastic Beam Elements (BEAM3)來等效車身，使用彈簧單元Spring-Damper Elements (COMBIN14)來等效車體的前后懸架支撐，使用質量塊單元Structural Mass Element (MASS21)來等效車身質量。建模的要點：首先定義分析類型并選取3種單元，輸入實常數；建立對應幾何模型，并賦予各單元類型對應各參數值；在后處理中，用命令來提取其計算分析結果(頻率)。通過命令來提取模態的頻率值。最后將計算結果與參考文獻所給出的解析結果進行比較，見表7-2。表7-2 ANSYS簡化模型與文獻的簡化模型解析結果的比較模態頻率及單位Reference 7.2(1)的結果ANSYS結果兩種結果之比f1 Hz1.098 11.098 11.000f2 Hz1.440 61.440 61.000Reference7.2(1)：Thomson W T. Vibration Theory and Applications.2nd Printing. NJ: Prentice-Hall, Inc., 1965, 181給出的基于圖形界面的交互式操作(step by step)過程如下。(1) 進入ANSYS（設定工作目錄和工作文件）程序 ANSYS ANSYS Interactive Working directory（設置工作目錄） Initial jobname: Vehicle（設置工作文件名）：Run OK(2) 設置計算類型ANSYS Main Menu：Preferences Structural OK(3)定義單元類型ANSYS Main Menu：Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. Add Beam: 2d elastic 3 Apply（返回到Library of Element窗口） Combination: Spring-damper 14 Apply（返回到Library of Element窗口）Structural Mass: 3D mass 21OK（返回到Element Types窗口）選擇Type 2 COMBIN14 單擊OptionsK3 設定為2-D longitudinalOK（返回到Element Types窗口）選擇Type 3 MASS21 單擊OptionsK3 設定為2-D w rot inert OK Close(4) 定義實常數ANSYS Main Menu: Preprocessor Real ConstantsAdd/Edit/Delete. Add 選擇 Type 2 COMBIN14 OK Real Constants Set No. : 1（第1號實常數）, K:2400(前懸架支撐的彈簧系數k1 = 2400) Ok(返回Real constants窗口) Add 選擇 Type 1 BEAM3 OK Real Constants Set No. : 2（第2號實常數） AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁單元參數，可以為任意值) OK Add 選擇 Type 3 MASS21 OK Real Constants Set No. : 3（第3號實常數）, MASS:100，IZZ:1600(質點的實常數) OK Add選擇 Type 1 BEAM3 OK Real Constants Set No. : 4（第4號實常數） AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁單元參數，可以為任意值) OK Add 選擇 Type 2 COMBIN14 OK Real Constants Set No. : 5（第5號實常數）, K:2600(后懸架支撐的彈簧系數k2 = 2600) Close (關閉 Real Constants 窗口)(5) 定義材料參數ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Elastic Linear Isotropic input EX: 4E9, PRXY:0.3(定義泊松比及彈性模量) OK，Density (定義材料密度) DENS:0, OK 關閉材料定義窗口(6) 構造車體模型 生成節點ANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Nodes In Active CS Node number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0，0 Apply 同樣輸入其余4個節點坐標（最左端為起始點，坐標分別為（0，1，0）、（4.5，1，0）、（10，1，0）、（10，0，0）OK 生成元素并分配材料類型、實常數ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 2 COMBIN14 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 點擊1，2號節點，生成第1個單元 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes MAT,1， TYPE,1 Beam3，REAL,2 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 點擊2，3號節點，生成第2個單元ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 3 MASS21 REAL,3 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 點擊3號節點，生成第3個單元ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 1 BEAM3 REAL,4 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 點擊3，4號節點，生成第4個單元ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 2 COMBIN14 REAL,5 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 點擊4，5號節點，生成第5個單元(7) 模型加約束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply -Structural DisplacementOn Nodes 選取1，5號節點 OK 選擇 Lab2: UX，UY(施加X、Y方向的位移約束) Apply 選取3號節點OK選擇 Lab2: UX (施加X方向的位移約束) OK(8) 計算分析ANSYS Main Menu: Solution Analysis Type New Analysis ModalOKANSYS Main Menu: Solution Analysis Options MODOPT Block Lanczos, No. of modes to extract: 5 Expand mode shapes: Yes, Number of modes to expand:0 OK 彈出 Block Lanczos Method 窗口中：Start Freq：0.001 ， End Freq：100 OKANSYS Main Menu：Solution Solve Current LS OK(9) 計算結果ANSYS Main Menu：General Postproc List Results Detailed summary（讀取模態頻率）(10) 退出系統ANSYS Utility Menu：File Exit Save Everything OK【ANSYS算例】7.2(2) 汽車懸掛系統的振動模態分析(命令流)針對【ANSYS算例】7.2(1)的GUI操作，提供完整的命令流。解答：給出的命令流如下。!% ANSYS算例7.2(2) % begin %/PREP7 !進入前處理ANTYPE,MODAL !設定為模態分析MP,EX,1,4E9 !定義1號材料的彈性模量 MP,DENS,1,0 !定義1號材料的密度，設置為零，則材料對振動不起作用 MP,PRXY,1,0.3 !設定1號材料的泊松比ET,1,BEAM3 ! 選取單元類型1(梁)ET,2,COMBIN14,2 ! 選取單元類型2(彈簧)ET,3,MASS21,3 ! 選取單元類型3(質量塊), 設置KEYOPT(3)=3R,1,2400 ! 設定實常數No.1，前懸架支撐的彈簧系數k1 = 2400R,2,10,10,10 ! 設定實常數No.2，梁單元所需要的參數(這里可以設定為一個任意值)R,3,100,1600 ! 設定實常數No.3，MASS=100, IZZ=1600，當KEYOPT(3)=3時R,4,10,10,10 ! 設定實常數No.4，梁參數(任意)R,5,2600 ! 設定實常數No.5，后懸架支撐的彈簧系數k2= 2600N,1 ! 生成節點1N,2,1 ! 生成節點2N,3,4.5,1 ! 生成節點3N,4,10,1 ! 生成節點4N,5,10 ! 生成節點5TYPE,2 ! 設定彈簧單元 E,1,2 ! 生成前懸架支撐(彈簧單元)MAT,1 ! 設定為材料No.1TYPE,1 ! 設定單元No.1，即梁單元 REAL,2 ! 設定實常數No.2E,2,3 ! 生成前車體(梁單元)TYPE,3 ! 設定質量塊單元 REAL,3 ! 設定實常數No.3E,3 ! 生成質量塊單元TYPE,1 ! 設定梁單元REAL,4 ! 設定實常數No.4E,3,4 ! 生成后車體(梁單元)TYPE,2 ! 設定彈簧單元 REAL,5 ! 設定實常數No.5E,4,5 ! 生成后懸架支撐(彈簧單元)D,1,UX,5,4,UY ! 對節點1以