Workbench 中分布式弹簧振子对板的减振仿真

目标

为了研究在一块板上布置多个弹簧振子对板的减振效果,给定板边缘一个初始位移,观测弹簧的变形以及板的变形情况。结构如下图所示,利用 ANSYS Workbench 有限元软件进行仿真。

Workbench 中分布式弹簧振子对板的减振仿真_第1张图片
弹簧振子分布

结构说明

板的长宽均为 500 mm,厚度为 2 mm,材料为铝,使用壳单元,弹簧振子均匀分布在板上,共 25 个,弹簧的刚度为 N/m,弹簧上端有个质点单元,质量为 0.027 kg。

观察分析该结构,可以发现其在 y 方向(以水平方向为 x 轴,纵向为 y 轴,垂直纸面向外为 z 轴)为对称结构,可以仅分析单条(即水平 5 个弹簧振子布置)的变形,然后通过对结果进行阵列得到最终结果。

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单元结构

实现过程

本仿真环境为 Win10, ANSYS Workbench 18.0

为了实现最后的对结果集进行阵列,需打开 Workbench 的测试功能,选择工具栏中 Tools -> Options -> Appearance ,勾选 Beta Options

Workbench 中分布式弹簧振子对板的减振仿真_第3张图片
Workbench设置

OK,一切就绪。

首先选择谐响应分析(动力学分析)Harmonic Response ,设置 Engineering Data 添加 Aluminum Alloy 材料。

接着绘图 Geometry ,可选择自己顺手的工具绘制导入即可。结构比较简单,我使用 DesignModeler 绘制该结构。注意的是板只需要绘制一个面即可,Workbench 会自动使用壳单元进行分析,之后输入厚度就好了。另外就是必须在面上定义好 5 个点,用于之后连接弹簧。

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模型

然后双击 Model 打开 Mechanical 软件,设置板的厚度以及材料。

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板的属性设置

定义 5 个质点 Point Mass ,右击选择 Promote to Remote Point ,即布置在远端点。并设置其质量为 0.027 kg。

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质点位置设置
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质点质量设置

对远端点进行设置,选择自由点 Free Standing,并设置其各自位置。

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远端点设置

设置好 5 个质点之后,就只剩下弹簧的连接了。右击 Model ,选择插入连接件(Connections) 中的弹簧(Spring),接着设置其刚度,一端连接质点位置(同远端点位置),另一端连接板上对应的点(之前绘制模型中设置的点)。按照同样设置好 5 个弹簧。

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弹簧设置
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弹簧模型

设置扫频范围以及边界条件,频率范围为 [10, 800] ,求解方法为 Full ,因为求解的是给定初始位移问题,无法利用模态叠加法进行求解。边界条件为,添加 Remote Displacement 约束上下右三条边 x, y 方向固定,其它自由;添加 Displacement 给定左边初始 z 方向位移 10 mm,x, y 方向 Free。

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扫频设置

最后,右击 Model 选择 Symmetry,这里只需要一个方向的阵列即可,因此按如下设置即可。

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对称设置

对其进行网格划分之后,就可以看到完整模型结构了。

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网格

求解。观察 200 Hz 和 300 Hz 下的变形情况。

200 Hz:

Workbench 中分布式弹簧振子对板的减振仿真_第14张图片
200Hz

300 Hz:

Workbench 中分布式弹簧振子对板的减振仿真_第15张图片
300Hz

本次仿真到此也就结束了,结果还是挺理想的。如有不对的地方,还请指出,讨论并改正,谢谢!

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