Selasa, 21 Februari 2012

ANSYS 13.0 Enhanced Modal Analyses with Linear Perturbation

ANSYS 13.0 Enhanced Modal Analyses with Linear Perturbation

By Ted Harris24. March 2011 09:38
By Ted Harris

“Rest, rest, perturbed spirit!”  - William Shakespeare
If you have ever performed a large deflection prestressed modal analysis in ANSYS Mechanical APDL prior to version 13.0, your spirit might have been perturbed as well.  The procedure was not very user friendly, to sum it up.  For example, unless you were careful, the modal results would over-write the static preload results.  Thankfully, at 13.0 we have a smoother and more capable tool for handling large deflection prestressed modal analyses.  This new procedure is called Linear Perturbation.
We’ll focus on modal analyses in this article, but be aware that linear perturbation also applies to linear buckling analyses at 13.0, but only following a linear preload solution, and only in Workbench.  The capability for modal analyses is supported in both Workbench and Mechanical APDL.  Also, the preload, or ‘base’ analysis has to have multiframe restart capability turned on.  This will happen by default for a nonlinear analysis but needs to be manually activated in MAPDL for a linear analysis by issuing the command RESCONTROL,LINEAR.
In fairly simple terms, the prestress effects are included in a modal analysis via the change in the stiffness matrix that occurs during the prestress (typically nonlinear static) analysis.  This is the method that has been used in ANSYS for years.  What’s new at 13.0 is that the program keeps track of different components of the augmented tangent stiffness matrix.  The five possible contributing components are material property effects, stress stiffening effects, load stiffening effects, contact element effects, and spin softening effects.
While the material effects must remain linear, the contact stiffness can be altered, if desired, in the subsequent modal analysis.  More on that later.
The typical Mechanical APDL procedure to perform a nonlinear static structural prestress run followed by a modal analysis which utilizes those prestress effects is as follows:
! With static model prepared
/solu                            ! enter solution module
antype,0                         ! specify static analysis type
nlgeom,1                         ! turn on large deflection effects (nonlinear)
pstres,on                        ! turn on prestress effects for subsequent modal
nsub,10,10,10                    ! specify substep range
save                             ! save the database
solve                            ! solve the nonlinear static prestress case
finish                           ! leave the solution module
/solu                            ! re-enter solution so we can do a new analysis
antype,,restart,1,10,perturb     ! specify restart option for linear perturbation
                                 ! from last substep in this case
perturb,modal                    ! specify modal as next analysis
solve,elform                     ! calculate element formulation with solve command
modopt,lanb,12                   ! specify modal options for solution
mxpand,12                        ! specify number of modes for results calc
solve                            ! solve the prestress modal analysis
/post1                           ! enter general postprocessor
INRES,ALL                        ! make sure we read in all results from file
FILE,'nonlinear_static','rstp'   ! specify special results file for modal results
set,first                        ! read in results for first mode
plns,u,sum                       ! plot mode shape
set,next                         ! read in results for next mode
/repl                            ! plot mode shape, etc.

Note that the linear perturbation (modal) analysis has its own results file, the .rstp file.  Because of this, the preload results are still available in their own .rst file as it does not get overwritten by the modal step.
Here is a table of frequency results for a simple test case.  Three modal analyses were run:
1.  No prestress at all.
2.  With a linear static prestress state.
3.  With a nonlinear static prestress state.
image
Here is the model used for these runs in its initial configuration.  The block at the base was fixed in all DOF’s and the preload applied was a pressure load on one side of the vane.
undeformed
Here is the model with the deformed mesh due to the nonlinear prestress:
nonlin_prestress_deformed
Here is a mode shape plot for mode 12:
nonlin_prestress_mode12
The above example is all well and good but could have been done in prior versions of ANSYS using the old partial solve method.  What’s nice about the newer linear perturbation method is that it’s easy to get the mode shape plots relative to the deformed mesh from the prior prestress run, and you don’t need to worry about over-writing the prestress results with the modal results, since the corresponding results files are different.
Further, we can now perform modal analyses using different restart points in the static prestress run, assuming multiple restart points are available.
Finally, we can actually change some contact options between the static prestress solution and the modal solution.  For example, if the prestress analysis was run using frictional contact, the subsequent modal analysis can be run utilizing the prestressed state of the structure but with one of three contact states for the modal analysis: true status (that of the prior static analysis), force (to be) sticking, or  force (to be) bonded. The sticking option applies only to contact elements with a nonzero coefficient of friction. The bonded option will force contact pairs that are in contact in the static analysis to be bonded in the modal analysis.
The Mechanical APDL command sequence for this procedure would be something like this:

! first perform nonlinear static prestress run, then
/solu
antype,,restart,,,perturbation
perturb,modal,,BONDED,PARDELE                    ! pre-stress modal analysis, switch contact to bonded, delete
                                                                                              ! loads in case future MSUP
solve                                                                ! Generate matrices needed for perturbation analysis
! Next perform modal analysis
modopt,lanb,6
mxpand                    ! default expand in case of complex solution
solve
! modal results are now available for postprocessing
In Workbench Mechanical, the appropriate command sequence is sent to the solver when we link a modal analysis to a prior prestress analysis.  If the model involves contact, then in the modal analysis we’ll have choices for how the contact should be treated in the Pre-Stress branch under the Modal branch in the Outline Tree.  For frictional contact in the static prestress analysis, the choices in the Details view for the Pre-Stress branch in the modal analysis will be Use True Stress, Force Sticking, or Force Bonded as described above.
Here are some example plots for this scenario:
Two 3D plates subject to in plane bending, fixed at right ends, frictional contact between them.
image

Resulting contact status for static run (sliding is occurring)
image
Resulting static deformation:
def_c

Mode 6 result, “true” contact behavior:
mode6_nonlin_true_c.

Mode 6 result, “force bonded” contact behavior:
mode6_nonlin_force_bonded_c
Those last two images show a dramatic difference in modal results simply by changing the contact status behavior in the modal analysis.  In the first of those images, the contact status is set to ‘true’, meaning essentially the same as in the prestress analysis, subject to the linear nature of the modal analysis.  In this example, the frictional behavior in the static prestress run becomes no separation in the modal analysis, so the two plates can have mode shapes in which the plates slide relative to each other.  In the last plot, the contact status has been changed to ‘force bonded’ for the modal solution.  As the plot shows, mode shapes can only exist in which the two plates are bonded together.  Both modal analyses have the same prestress condition however.
Here is a frequency table comparing the first six modes of the two modal analyses.  Note that with the contact forced to be bonded we get a stiffening response as we might expect.
WB_freq_compare
So, although on the surface it might initially appear to be a black art, linear perturbation is a nice enhancement in ANSYS 13.0 that gives us a more robust and capable method for performing modal analyses with prestress effects included.  The prestress run is typically a linear or nonlinear static analysis, but it will also work with a full transient analysis to define the prestress state.  The ANSYS 13.0 Help has more information (see section 9.2 of the Mechanical APDL Structural Analysis Guide and section 17.8 of the Theory Reference).  We also recommend you try out the procedure on your own models.
Currently rated 5.0 by 5 people


ANSYS 13.0 Analisis Modal Ditingkatkan dengan kekacauan Linear

Oleh Ted Harris24.Maret 2011 09:38
Oleh Ted Harris

"Istirahat, istirahat, gelisah semangat!" - William Shakespeare
Jika Anda pernah melakukan defleksi besar pratekan analisis modal di APDL ANSYS Teknik sebelum versi 13,0, roh Anda mungkin telah terganggu juga. Prosedur ini tidak terlalu user friendly, untuk jumlah itu.Sebagai contoh, kecuali Anda berhati-hati, hasil modal akan over-menulis hasil preload statis. Untungnya, pada 13,0 kami memiliki suatu utilitas halus dan lebih mampu untuk menangani defleksi besar pratekan analisis modal. Prosedur baru ini disebut kekacauan Linear.
Kami akan fokus pada analisis modal dalam artikel ini, namun perlu diingat bahwa gangguan linier juga berlaku untuk analisis buckling linear pada 13,0, tapi hanya mengikuti solusi preload linier, dan hanya dalam Workbench. Kemampuan untuk analisis modal didukung di kedua Workbench dan APDL Mesin. Juga, preload, atau 'dasar' analisis harus memiliki multiframe restart kemampuan dihidupkan. Ini akan terjadi secara default untuk analisis nonlinier tetapi perlu diaktifkan secara manual di MAPDL untuk analisis linier dengan menerbitkan RESCONTROL perintah, LINEAR.
Dalam hal yang cukup sederhana, efek prategang termasuk dalam analisis modal melalui perubahan dalam matriks kekakuan yang terjadi selama prategang (biasanya nonlinier statis) analisis. Ini adalah metode yang telah digunakan dalam ANSYS selama bertahun-tahun. Apa yang baru di 13,0 adalah bahwa program melacak komponen yang berbeda dari matriks kekakuan tangen ditambah. Lima komponen memberikan kontribusi yang mungkin adalah efek properti material, efek stres kaku, efek beban kaku, efek kontak elemen, dan spin efek pelunakan.
Sementara dampak bahan harus tetap linear, kekakuan kontak dapat diubah, jika diinginkan, dalam analisis modal berikutnya. Lebih pada nanti.
Prosedur APDL khas Mesin untuk melakukan lari pratekan statis nonlinier struktural diikuti dengan analisis modal yang memanfaatkan efek-efek prategang adalah sebagai berikut:
! Dengan model statis disiapkan
/ Solu! memasukkan modul solusi
antype, 0! menentukan jenis analisis statis
nlgeom, 1! mengaktifkan efek defleksi besar (nonlinier)
pstres, pada! mengaktifkan efek prategang untuk modal berikutnya
nsub, 10,10,10! tentukan rentang substep
save! menyimpan database
memecahkan! menyelesaikan kasus pratekan statis nonlinier
selesai! meninggalkan modul solusi
/ Solu! masukkan kembali solusi sehingga kami dapat melakukan analisis baru
antype,, restart, 1,10, mengacaukan! tentukan pilihan untuk restart perturbasi linier
! dari substep terakhir dalam kasus ini
mengacaukan, modal! menentukan modal sebagai analisis berikutnya
memecahkan, elform! menghitung formulasi elemen dengan memecahkan perintah
modopt, lanb, 12! menentukan pilihan moda untuk solusi
mxpand, 12! menentukan sejumlah mode untuk hasil kalk
memecahkan! memecahkan analisis modal prategang
/ Post1! masuk postprocessor umum
INRES, SEMUA! pastikan kita baca dalam semua hasil dari file
FILE, 'nonlinear_static', 'RSTP'! menentukan file khusus hasil untuk hasil modal
ditetapkan, terlebih dahulu! dibaca dalam hasil untuk mode pertama
plns, u, jumlah! Plot modus bentuk
ditetapkan, berikutnya! dibaca dalam hasil untuk mode berikutnya
/ Repl! Plot modus bentuk, dll

Perhatikan bahwa perturbasi analisis (modal) linier memiliki file sendiri hasil, RSTP file.. Karena itu, hasil preload masih tersedia dalam sendiri. Terlebih dulu file mereka karena tidak mendapatkan ditimpa oleh langkah modal.
Berikut adalah tabel hasil frekuensi untuk kasus tes sederhana. Tiga analisis modal dijalankan:
1. Tidak ada pratekan sama sekali.
2. Dengan keadaan prategang linier statis.
3. Dengan keadaan nonlinier prategang statis.
image
Berikut adalah model yang digunakan untuk berjalan dalam konfigurasi awal. Blok di pangkalan itu tetap dalam semua itu DOF dan preload terapan adalah beban tekanan pada satu sisi baling-baling tersebut.
undeformed
Berikut adalah model dengan mesh cacat karena prategang nonlinier:
nonlin_prestress_deformed
Berikut ini adalah bentuk modus plot untuk modus 12:
nonlin_prestress_mode12
Contoh di atas adalah semua baik dan bagus tapi bisa dilakukan dalam versi sebelumnya dari ANSYS menggunakan metode parsial memecahkan tua. Apa yang baik tentang metode perturbasi lebih baru linier adalah bahwa hal itu mudah untuk mendapatkan plot modus getar relatif terhadap jaring cacat dari jangka prategang sebelumnya, dan Anda tidak perlu khawatir tentang over-menulis hasil prategang dengan hasil modal, karena hasil yang sesuai file yang berbeda.
Selanjutnya, kita sekarang dapat melakukan analisis moda menggunakan poin Restart berbeda dalam jangka pratekan statis, dengan asumsi poin Restart beberapa yang tersedia.
Akhirnya, kita sebenarnya dapat mengubah opsi kontak beberapa antara larutan pratekan statis dan solusi modal. Misalnya, jika analisis prategang tersebut diterjemahkan menggunakan kontak gesekan, analisis modal berikutnya dapat dijalankan memanfaatkan keadaan pratekan struktur tetapi dengan satu dari tiga negara bagian kontak untuk analisis modal: Status benar (bahwa dari analisis statis sebelumnya), gaya (menjadi) mencuat, atau kekuatan (menjadi) berikat. Pilihan menempel hanya berlaku untuk menghubungi elemen dengan koefisien nol gesekan. Pilihan terikat akan memaksa menghubungi pasangan yang berada dalam kontak dalam analisis statis untuk ditempelkan dalam analisis modal.
Urutan perintah Mesin APDL untuk prosedur ini akan menjadi sesuatu seperti ini:

! pertama kali melakukan lari prategang nonlinier statis, maka
/ Solu
antype,, restart,,, perturbasi
mengacaukan, modal,, terikat, PARDELE                     ! pra-stres analisis modal, beralih kontak ke berikat, menghapus
                                                                                              ! beban dalam MSUP kasus masa depan
memecahkan                                                                 ! Menghasilkan matriks yang diperlukan untuk analisis perturbasi
! Berikutnya melakukan analisis modal
modopt, lanb, 6
mxpand                     ! standar memperluas dalam hal solusi kompleks
memecahkan
! Hasil modal sekarang tersedia untuk postprocessing
Dalam Workbench Mesin, urutan perintah yang sesuai dikirim ke pemecah ketika kita menghubungkan analisis modal untuk analisis prategang sebelumnya. Jika model melibatkan kontak, maka dalam analisis modal kita akan memiliki pilihan untuk bagaimana kontak harus dirawat di cabang Pra-Stress bawah cabang Modal di Pohon Outline. Untuk kontak gesekan dalam analisis pratekan statis, pilihan pada tampilan Rincian untuk cabang Pra-Stress dalam analisis modal akan Gunakan Stres Benar, rekat Force, atau Angkatan Berikat sebagaimana dijelaskan di atas.
Berikut adalah contoh beberapa plot untuk skenario ini:
Dua 3D pelat dikenakan dalam pesawat lentur, tetap pada ujung kanan, kontak gesekan antara mereka.
image
Hasil status kontak untuk jangka statis (sliding ini terjadi)
image
Hasil deformasi statis:
def_c

Mode 6 hasil, "benar" perilaku hubungi:
mode6_nonlin_true_c.

Mode 6 hasil, "kekuatan ikatan" hubungi perilaku:
mode6_nonlin_force_bonded_c
Kedua terakhir gambar menunjukkan perbedaan yang dramatis dalam hasil modal hanya dengan mengubah perilaku kontak status dalam analisis modal. Pada bagian pertama dari gambar tersebut, status kontak diatur ke 'benar', yang berarti pada dasarnya sama seperti pada analisis prategang, sesuai dengan sifat linier dari analisis modal. Dalam contoh ini, perilaku gesekan dalam jangka pratekan statis menjadi ada pemisahan dalam analisis modal, jadi dua piring dapat memiliki bentuk modus di mana pelat geser relatif terhadap satu sama lain. Dalam plot terakhir, status kontak telah berubah menjadi 'kekuatan berikat' untuk solusi modal. Sebagai petak menunjukkan, bentuk modus hanya bisa ada di mana dua lempeng terikat bersama-sama. Kedua analisis modal memiliki kondisi prategang yang sama namun.
Berikut ini adalah tabel frekuensi membandingkan enam mode pertama dari dua analisis modal. Perhatikan bahwa dengan kontak dipaksa untuk ditempelkan kita mendapatkan respon kaku seperti yang kita harapkan.
WB_freq_compare
Jadi, meskipun di permukaan itu mungkin awalnya tampak seperti ilmu hitam, gangguan linear adalah perangkat tambahan yang bagus di ANSYS 13,0 yang memberi kita sebuah metode yang lebih kuat dan mampu untuk melakukan analisis modal dengan efek prategang disertakan. Jangka prategang biasanya sebuah analisis statis linier atau nonlinier, tetapi juga akan bekerja dengan analisis transien penuh untuk menentukan negara prategang. ANSYS 13,0 Bantuan memiliki informasi lebih lanjut (lihat bagian 9.2 dari Petunjuk Teknik Analisis APDL Struktural dan bagian 17,8 dari Referensi Teori). Kami juga merekomendasikan Anda mencoba prosedur pada model Anda sendiri.
Currently rated NaN by 5 people
  • Currently 5.0 b4b74173-b8ba-434f-8785-0d605bca78e0 /5 Stars.
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Add New Comment

Showing 0 comments

    blog komentar powered by DISQUS

    Berlangganan

    Untuk Email Marketing dapat Anda percaya

    PADT yang ANSYS Webinar Seri

    Jan 12, 2012 - 12:00 MST
    Update pada Seleksi Dinamakan untuk ANSYS Teknik R14
    Jan 26, 2012 - 12:00 MST
    Manajemen Memori di ANSYS
    Feb 9, 2012 - 12:00 MST
    Bekerja langsung dengan Nodes dan Elemen di ANSYS Teknik
    Feb 23, 2012 - 12:00 MST
    Majelis Meshing di ANSYS R14MEMBATALKAN
    8 Maret 2012 - 12:00 MST
    Pengenalan Workbench Kerangka Scripting - Mengontrol proyek, bahan, dan eksekusi solusi dengan python
    22 Maret 2012 - 12:00 MST
    Menguasai Manajer Jauh Solver (RSM) di R14

    Lihat daftar lengkap beserta link ke rekaman Webinars masa lalu di:
    dan klik "PADT ANSYS Webinar Seri"

    Dibawa ke anda oleh PADT

    PADT dengan bangga menerbitkan Fokus. Kami harap Anda menemukan nilai di dalamnya. Jika Anda melakukannya, kami meminta Anda mempertimbangkan kami bila Anda membutuhkan jasa. Meskipun Anda mungkin tahu kami untuk kegiatan simulasi kami, kami juga merupakan pengembangan produk layanan penuh dan penyedia prototyping cepat.

    Simulasi
    outsourcing
    Pelatihan
    Kustomisasi

    Rapid Protoypting 
    - SLA, SLS, FDM
    PolyJet
    - Tooling Lunak
    - Injection Molding
    Pengembangan Produk
    - Desain
    - Pengujian
    - Manufaktur
    - Comercialization
    - Spesialisasi dalam
    - Alat Kesehatan
    - Rotating Mesin
    - Energi Alternatif
    - Peralatan Semikonduktor

    Pelajari lebih lanjut diwww.PADTINC.com

    BATU HVPC Sistem

    Langkah Keluar dari Kotak 
    Langkah Ke Cube
    PADT menawarkan garis penuh sistem komputer yang dirancang khusus untuk pengguna FEA dan CFD. Komputer ini CUBE Kinerja Tinggi Nilai (HVPC) dikonfigurasi oleh staf TI PADT untuk memukul sweet spot antara performa dan biaya untuk pengguna simulasi.
    BARU: 
    Kami sekarang menawarkan Sistem Berbasis Intel 
    Mari kita Konfigurasi dan Quote satu untuk Anda hari ini!
    mini-Cluster
    96 core / 256 GB RAM / 3,6 Disk TB
    Handphone Rack / UPS / Monitor / Keyboard
    $ 43.250
    Hitung Server
    32 core / 128 GB RAM / 3 Disk TB
    $ 12.300
    Simulasi Workstation
    12 core / 64 GB RAM / 1,5 Disk TB
    $ 5.800
    Simulasi fileserver
    10 TB Disk / eSATA Eksternal
    $ 5.800
    Lebih Sistem Tersedia
    Mengunjungi
    www.CUBE-HVPC.com
    Untuk Informasi lebih

    Pedal: Editor APDL

    Dapatkan Sosial dengan PADT

     
    PADT di Facebook PADT di Web
    PADT di Twitter PADT E-Mail Langganan
    PADT pada Linked In Blog Fokus

    Latihan

    Dapatkan Dilatih oleh Orang yang Menulis Fokus
    Cari tahu mengapa pengguna produk ANSYS, Inc dari seluruh dunia datang ke PADT untuk pelatihan mereka. Kami menawarkan kelas di hampir setiap produk dengan harga yang bersaing dan dapat membuat kelas kustom sesuai kebutuhan. Teknisi kami dapat datang ke fasilitas Anda atau Anda bisa datang ke kantor kami di Tempe AZ atau Littleton CO
    Silakan melihat kami jadwal kami padahalaman pelatihan , atau hanyamenghubungi kami dan kami dapat berbicara tentang memenuhi kebutuhan spesifik Anda.

    Bulan Daftar

    • 2002
    • 2003
    • 2004
    • 2005
    • 2006
    • 2007
    • 2008
    • 2009
    • 2010
    • 2011
    • 2012

    Halaman Daftar