太空望远镜|Ansys Workbench冲击响应谱分析

文摘   2024-12-08 09:01   广东  

响应谱分析(Response Spectrum)是一种频域分析,从频域的角度计算结构的最大响应,其输入载荷为不稳定振动载荷的位移频谱、速度频谱、加速度频谱(最常用),如地震、飞行噪音、飞行过程、导弹发射等。

响应谱分析计算结构各阶振型在给定的载荷频谱下的最大响应,需要首先进行模态分析计算结构的固有频率和振型。本文以某型号太空望远镜为例,详细讲解Ansys Workbench冲击响应谱分析流程,步骤如下所述。

某型号太空望远镜

1 构建几何模型

在Solidworks环境下,构建太空望远镜几何模型,如下图所示。点击菜单栏中的“工具“,选择Ansys Workbench,将几何模型传输至Ansys Workbench的Germetry中。

某型号卫星望远镜几何模型创建与传输
2 创建分析流程
进入Workbench界面后,设置Units为mm,依次拖拉Modal和Response Spectrum,创建冲击响应谱分析流程,如下图所示。点击File,选择Save,保存分析项目。

Ansys Workbench冲击响应谱分析流程图

3 生成几何模型

右击Geomrtry,选择Edit Geometry in DesignModeler....,进入DM界面。菜单栏点击Units,设置单位为Millmeter(mm)。右击Attacxh1,选择Generate生成几何模型。
某型号卫星望远镜几何模型生成

4 添加材料属性

关闭DM界面,返回Workbench流程界面。双击Engineering Data,右击空白处选择Engineering Data Sources,点击General Materials,添加所需材料,如下图所示。

添加材料属性

5 设置单元特性
1) 双击Modal中的Model,进入Mechanical界面。展开Generoty,逐个单击几何模型,并在下方列表的Assignment中选择对应材料,其余保持默认设置,如下图所示。

设置单元材料

2) 展开Connections,点击Contacts,设置Tolerance Type为Value(0.1),右击Contacts,选择Create Automatic Connections,生成若干绑定接触对,如下图所示

设置接触关系

3) 采用自动网格划分,并进行局部网格控制。右击Mesh,生成网格并进行质量检查。具体参见文章:Ansys Workbench网格划分全攻略Ansys Workbench网格质量评价
有限元网格划分

6 约束模态分析

1) 首先进行模态分析,以确定频率范围、模态数量和振型信息。此外,为使约束点输入激励与试验条件保持一致,并防止与上一级振动结构产生动力耦合作用,采用大质量法进行冲击响应谱分析。参加前期文章:Ansys Workbench动力学分析中的大质量法

2) 点击Geometry,添加Point Masst,选择太空望远镜安装界面,点击Apply,输入质量Mass和坐标右击Point Mass,选择Promote to Remote Point,模型树中出现Remote Points,展开后下方出现Point Mass-Remote Point,如下图所示。

添加大质量点
3) 右击Modal,添加远端约束Remote Displacement,下方列表中设置Scoping Method为Remote Point,Remote Points选择上述创建的远程点Point Mass-Remote Point,约束全部自由度为0,如下图所示

添加远程点约束
4) 展开Modal,点击Analysis Settings,在Max Modes to Find中修改模态数量(本文取前20阶模态,实际工程按需选择),获取大于随机振动试验条件最大频率1.5倍的固有频率,保证所截取的模态有效质量分数≥90%,其余保持默认设置,如下图所示。

修改模态数量
5) 右击模型树Modal中的Solution,选择Solve求解。计算完成后,依次添加各阶总体变形(total),右击Solution,选择Equivalent All Results。单击Total Deformation,查看固有频率和振型。其中,某型号太空望远镜第一阶模态振型如下图所示。

第1阶模态振型
7 冲击响应分析

1) 展开Response Spectrum ,单击Analysis Settings,设置Number Of Modes To Use为All(具体按工程需要酌情考虑选取)、Spectrum Type为Single Points,Modes Combination Type为SRSS,Calculate Acceleration为Yes。

分析设置

2) 点击模型树中的Response Spectrum,展开Environment中的RS Base Excitation,添加加速度谱激励RS Acceleration,设置基础激励Boundary Condition为All Supports,设置Load Data和Direction,如下图所示。

设置冲击响应谱激励

3) 右击Solution,依次添加位移Directional、加速度Directional Acceleration、等效应力Equivalent Stress等,并在下方面板中设置Geometry为All Bodies(或单个结构件),Orientation与激励方向保持一致,其余保持默认

位移响应云图
应力响应云图
加速度响应云图
4) 右击Solution,选择Equivalent All Results求解。计算完成后,分别查看望远镜或组部件的位移响应云图、应力响应云图和加速度响应云图,分别如上图所示。
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