子结构方法在ansys软件中的应用

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1、文章编号:1006-1355(2001)05-0016-03子结构方法在ANSYS软件中的应用周海亭,陈　莲(上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室,上海200030)　　摘要:本文介绍了子结构方法在ANSYS(CAE软件)中的应用,及该方法使用步骤。通过对一悬臂矩形板实例的计算结构与分析,使子结构模态综合法与ANSYS软件有机的结合,具有一定的可行性和实用性。关键词:子结构;模态综合;ANSYS;悬臂矩形板中图分类号:TB535　　文献标识码: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作者简介:周海亭(1947-),男,浙江鄞县人,副教授。前　言　　子结构模态综合理论已日趋成熟,从60年代开始,不断有学者提

4、出各种子结构的方法,多年的实践证明,该方法已成为解决复杂结构动力分析的有效方法,它不仅能够大幅度降低动力方程的数目,且能保证结构分析的精度。但是,该方法在ANSYS中的应用尚了解不多,很少有人去开发使用CAE软件包。本文着力将子结构方法与ANSNS软件相接合,使子结构方法计算成为可能。众所周知,子结构综合的方法很多,归结起来,主要是固定界面模态综合法与自由界面模态综合法两大类。从原理上讲,方法本身并不复杂,但真正使用在实际结构有一定难度,其关键的一步是对界面的处理。而ANSNS软件就是兼顾了这方面的因素,同样一个结构,边界可处理为固定,也可处理为自由,界面的处理完全可人为控

5、制,这样大大地提高了程序的通用性,使用简便。本文通过对一悬臂矩形板实例的计算与分析,表明了该计算软件的可操作性和可行性,初步掌握了该方法的应用背景和使用技巧。1　子结构综合法一般求解思路　　关于子结构模态综合方法的理论书很多,可参阅文献[1][2],这里仅介绍子结构综合法求解思路,一般计算步骤可归纳为:(1)根据结构的特点,把一复杂的结构划分为若干个子结构,并对每一个子结构进行有限元分析,得到每一子结构的刚度矩阵[kα],质量矩2001年8月　　　　　　　　　噪　声　与　振　动　控　制　　　　　　　　　　第4期阵[mα]。(2)计算并选择各子结构的分支模态,形成各子结构的分

6、支模态矩阵[Φα],进行第一次坐标变换-由各子结构的物理坐标变换到模态坐标{uα}=[α]{qα}。并形成对于各子结构、对子模态坐标{qα}的[mα]和[kα]。(3)在{q}=[qαK]T中选择不独立的广义坐标{qd},则{q}中其余的坐标就是独立的广义坐标{qI}={p}。(4)根据子结构间相互连接协调条件形成对于广义坐标{q}的约束方程[C]{q}={0},并由约束方程解出{qd},完成独立的广义坐标变换:{q}=[s]{p}。(5)用独立坐标变换矩阵[S]对[K]=kα00kn与[m]=mα00mn进行合成变换,得到系统对独立广义坐标{q}={p}的刚度矩阵[K]

7、=[s]T[K][S]和质量矩阵[M]=[s]T[m][S]。(6)求解由[K]、[M]便可形成对于结构无阻尼自由振动特征值问题的方程([K]-ω2[M]){A}={0}由此便可解得结构的近似固有频率与在模态坐标下的主模态。(7)再现子结构情况,即由模态坐标返回到子结构物理坐标。2　子结构软件简介　　ANSYS子结构软件包括三个步骤:即生成、求解使用、扩展等三部分。生成部分:将一系列普通的有限元单元凝聚为一个超单元。凝聚是通过定义一组主自由度来实现的,主自由度用于定义超单元与模型中其它单元之间的边界,提取模型的动力