[Ansys Workbench] 平面对称斜拉桥的模态分析

1. 题目

2. 预处理

使用静态结构和模态分析两个模块

2.1 定义材料

2.2 定义几何结构

使用 DesignModeler

不知道 DM 中怎么使用对称轴画图……我就用了笨方法画了
一个主梁

使用 Concept - Lines From Sketches 从草图生成线

得到的线在结构树中如图所示

选择草图中所有的线，应用为线的几何结构

对这个 Line 右键生成，会看到生成了一个线体

这就是梁的线体的做法

为了实现题目中梁和塔的不相交，还是把梁的中点取消掉比较直观

为了新建一个草图……我找不到 DM 中哪里有新建草图的功能
于是我只能用新建平面来代替
先点击 XYPlane 然后再 Create - New Plane

新建了之后选择这个新平面

画出一条竖直的线作为塔

同理创建线体
可以发现现在只有一个线体，这个线体包含了两个由草图创建出来的线

为了分配两个不同的截面，必须要让这两个线分别为不同的线体

点击线

更改这个线的属性 Operation 为 Add Frozen，更新，得到两个独立的线体

好吧，之后再新建斜拉桥的斜索就选不到别的草图的点了
我觉得这样做是错的

好吧，之后知道了，是可以选到别的草图的点的
使用 Concept - Lines From Points

如果选择不到某个点，那么就在结构树中点击那个点所在的草图

连点成线，画出斜索

得到的结构树为

之后我有个线体写错了……但是删不掉
然后看到了一个 Suppress，好吧，这或许是 Delete 的替代方案

使用 Concept - Cross Section 创建截面

为线体分配截面

3. 分析模态

由于没有载荷，所以静态结构模块求解不出来
只需要模态模块

进入 Model 环节

3.1 分配材料

在几何结构下面选中所有线体，更改 mission 为自定义材料

3.2 定义单元类型

可以插入命令流来改变单元类型
但是我讨厌命令流

也可以在 Modal 窗口的结构树中的 Geometry 中找到点击线体，在详细栏中更改模型类型

3.3 简单分析

对称需要在大纲视图中选择 Model，右键，Insert - Symmetry
一开始先不做对称，做个简单的，把三个点固定住

添加 Deformation 来查看模态

通过修改 Deformation 的 Mode 来修改模态

太高的模态会超出限制

求解不了的模态会有一个问号

因此把出现问号的模态删掉就好了

3.4 出错：有约束条件下求解出现零频率

最终求出来的模态为零频率，就很神奇

查到一个合理的解释是
http://muchong.com/t-11890987-1
模态分析出现零频率，有两种可能：
1.整个模型的约束不足，这种情况，对单个零件可以有最多 6 个零频率；
2.对装配体，如果内部连接不足以约束各个零件的刚体运动，零频率可以多于 6 个。
无论哪种情况，都可以到常用后处理，逐个显示各零频率对应的模态形状，分析以下缺少了哪种约束，或者是装配体连接不足。

约束的问题的话……那我把 DIsplacement 位移约束换成 Fixed Support 固定端约束也不行
把选择三个点的固定端约束改成三个选择一个点的固定端约束也不行，看来不是这个的问题

我新建了单个线做模态分析，是可以得到结果的，说明我使用线体是没有问题的

一开始那个斜拉杆上出现一个圆柱的模态图，是我没有定义斜拉杆的单元类型为杆类型时求解得到的
现在我把斜拉杆改成了杆类型，得到的模态图如：

这看上去就是斜拉杆的两端点没有固定，导致了刚体位移的出现

我悟了，桥面和塔是两个线体，所以它们不相干，各个斜拉杆也是独立的线体，所以这些斜拉杆和桥面和塔之间也不相干
作为验证，可以使用框选选择一个斜拉杆的端点，可以发现框选选中了两个点

那么接下来我就是要让斜拉杆的一端端点连接到桥面上，一端端点连接到塔上

3.5 尝试使用端部释放

为了让斜拉杆和桥面和塔产生联系，尝试使用端部释放

首先为了分辨哪个点属于哪个边，我们要把所有的线体都重命名一遍

使用框选一次选中了两个位于相同位置的点的时候，我们只需要其中的一个填入端部释放的几何结构中
为了选择已经选择的两点之中的一个，在选择信息中的表格中右键要保留的点，点击重新选择

这样最后只会留下一个被选择的点

好吧……这样还是不行
端部释放的边缘几何结构只能选择一个边……？顶点几何结构选择一个点还不行……？
这个边缘几何结构似乎只能选择一个梁作为边，顶点几何结构只能选择一个梁上的点作为点

算了不想了

3.6 尝试使用共享拓扑

一开始我是知道右共享拓扑的
但是我在 DM 中我点了共享拓扑没有反应

之后看到这个文章中说把各个部分做成一个整体就好了
https://zhuanlan.zhihu.com/p/388385837

但是一看顶点数，还是没有共享顶点噢……

我倒是看到了详细信息里面有一个共享拓扑方法，说明一个 Part 就有一个共享拓扑
可惜没用

4. 重新定义几何结构

4.1 先建点后连线

太怪了，我死活就是不会释放或者合并顶点
难受錒，那就是说明我前面做成不同线体是错误的

那只能重做了
直接使用给手动输入的方式创建点

然后连点成线

之后按照以前的步骤走，定义截面，给腺体分配截面，把线体打包为部件，进入 Modal 界面，给部件分配材料，给线体定义杆单元梁单元，添加固定端约束，添加变形图，求解

ok 了，求解成功了

4.2 添加对称

首先在 workbench 主界面中选择工具 - 选项

选择外观 - 试用版选项，应用

对称需要在大纲视图中选择 Model，右键，Insert - Symmetry
然后插入一个对称区域

根据 https://www.doc88.com/p-0738458502618.html 的步骤
点击 Symmetry，查看它的详细栏，这是只有开了 beta 才能看到，配置如下

我设置 Delta_x 为一个小量，是因为我的结构是关于 y 轴对称，定义在 xOy 平面上的

然后再点击 Symmetry 底下的对称区域，使用框选，线模式，全选已有的所有线体
关于 y 轴对称

做出来的结果在对称点处的变形斜率有突变……这看上去是没有加上对称约束

之后知道了……对称法线和对称轴不是一个东西
这里我对称的延伸方向为 x 轴，所以对称发现选择 x 轴

5. 结果

模式	频率 [Hz]
1.	2.6322e-002
2.	0.14222
3.	0.17802
4.	0.32359
5.	0.35096
6.	0.49369

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