子结构方法在ANSYS软件中的应用.doc

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:A
Applicationofsubstructuremethodinsoftware-ANSYS
ZHOUHai-ting,CHENLian
(ShanghaiJiaotongUniversity,StateKeyLaboratoryofVibration,
ShockandNoise,Shanghai200030,China)
Abstract:ThispaperismainlytodiscusstheapplicationofsubstructuremethodinCAE
software———ANSYS.Andithasintroducetheapplicationstepsofsubstructuremethodin
ANSYS.Accordingtotheresultscomputedandanalysisoftheinstanseonthecantilever
plate.Itcombinesanorganiesuchmethodwiththesoftware-ANSYS.Itprovesthatthe
substructuremethodisvalidandfeasible.
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]=
kα0
0kn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]=[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