求助，预应力对模态分析影响的实质是什么？

cfz1986

预应力对模态分析影响的实质是什么？模态会不会因为结构的变形而发生变化？比如齿轮在传动过程会发热，尤其是高速齿轮会发生热变形，会不会由于齿轮的热变形造成质量或者刚度矩阵发生变化而导致模态分析的结果发生改变呢？齿轮也会产生热应力，这个热应力会不会对齿轮的模态产生影响？麻烦老师解答一下，谢谢！

李苹

我想质量或刚度矩阵发生变化会影响模态分析结果的，但是如果在工况过程中温差变化不大,热应力影响是可以忽略的，如果温升大就考虑进去

李苹

我想质量或刚度矩阵发生变化会影响模态分析结果的，但是如果在工况过程中温差变化不大,热应力影响是可以忽略的，如果温升大就考虑进去

cfz1986

李苹 发表于 2011-6-21 16:01

                               
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我想质量或刚度矩阵发生变化会影响模态分析结果的，但是如果在工况过程中温差变化不大,热应力影响是可以忽略 ...

热变形会造成质量或者刚度矩阵发生变化吗？如果有变化怎样来计算呢？

penghust

预应力一般对低阶模态频率影响比较明显

李苹

回复 4 # cfz1986 的帖子

如果温差大，变形大，在计算时可以先计算温度场热变形，然后接着进行模态分析，你的问题中温差有多大呀？是什么材料？

cfz1986

回复 6 # 李苹 的帖子

齿轮轴的材料是16Cr3NiWMoVNbE钢，还没有进行齿轮的温度场计算，不知道温差。温差会产生应力，应力会对模态产生影响，是不是这样？还有齿轮肯定要膨胀，形状就会变化，这个因素能不能影响到模态，如果有影响应该怎样考虑进去呢？

williamzoe

两端固结的梁，长10m，截面为0.1m*0.1m,材质为钢材。对比降温90度前后的模态分析解。

!考虑温度预应力的模态分析
FINI
/CLEAR,NOSTART
/prep7
k,1,0,0,0
k,2,10,0,0
l,1,2
et,1,beam4
MP,EX,1,200e9
MP,NUXY,1,0.3
mp,alpx,1,0.000012
MP,dens,1,7800
R,1,0.01,8.3E-6,8.3E-6,0.1,0.1, ,
LESIZE,ALL, , ,10, , , , ,1
LMESH,ALL

/SOLU
ANTYPE,STATIC
PSTRES,ON
lumpm,off
NSEL,S,LOC,X,0
D,all,all
ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,10
D,ALL,UY
D,all,all
esel,all
acel,,-9.8,
BFE,all,TEMP,1,-90, , ,
ALLSEL,ALL
SOLVE
SAVE
FINI

/SOLU
ANTYPE,MODAL
MODOPT,LANB,10
EQSLV,SPAR
MXPAND,0, , ,0
lumpm,off
PSTRES,1
MODOPT,LANB,10,0,500, ,OFF
NSEL,S,LOC,X,0
D, all,all
ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,10
D, all,all
ALLSEL,ALL
SOLVE
SAVE

/POST1
SET,LIST

!不考虑温度预应力
FINI
/CLEAR,NOSTART
/prep7
k,1,0,0,0
k,2,10,0,0
l,1,2
et,1,beam4
MP,EX,1,200e9
MP,NUXY,1,0.3
mp,alpx,1,0.000012
MP,dens,1,7800
R,1,0.01,8.3E-6,8.3E-6,0.1,0.1, ,
LESIZE,ALL, , ,10, , , , ,1
LMESH,ALL

/SOLU
ANTYPE,STATIC
PSTRES,ON
lumpm,off
NSEL,S,LOC,X,0
D,all,all
ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,10
D,ALL,UY
D,all,all
esel,all
acel,,-9.8,
!BFE,all,TEMP,1,-90, , ,
ALLSEL,ALL
SOLVE
SAVE
FINI

/SOLU
ANTYPE,MODAL
MODOPT,LANB,10
EQSLV,SPAR
MXPAND,0, , ,0
lumpm,off
PSTRES,1
MODOPT,LANB,10,0,500, ,OFF
NSEL,S,LOC,X,0
D, all,all
ALLSEL,ALL
NSEL,S,LOC,X,10
D, all,all
ALLSEL,ALL
SOLVE
SAVE

/POST1
SET,LIST


不考虑预应力的结果   考虑预应力的结果      
  SET  TIME/FREQ  SET  TIME/FREQ
    1 5.1946        1 10.446     
    2 5.1946        2 10.446     
    3 14.320        3 22.833     
    4 14.320        4 22.833     
    5 28.088        5 38.449     
    6 28.088        6 38.449     
    7 46.493        7 57.983     
    8 46.493        8 57.983     
    9 69.639        9 81.852     
   10 69.639       10 81.852  

cfz1986

这两天看了关于振动问题的有限元方法的资料，刚度矩阵和节点的位置与材料性质（弹性模量和泊松比）有关系，质量矩阵和形函数与密度有关系。齿轮受热后材料性能（弹性模量、泊松比、密度）发生了变化，形状也发生了变化（节点坐标变化），那么质量和刚度矩阵都发生了变化，固有频率也就发生了变化，不知道这样理解对不对？另外齿轮由于温度分布不均匀，会产生热应力，热应力也会对模态产生影响。这样综合看来，热对结构的模态会有很大的影响，不知道怎样在考虑热的前提下求解模态。如果热应力是改变了结构的局部的刚度，那么这又增加了复杂程度。不知道我这样理解对不对。

cfz1986

回复 8 # williamzoe 的帖子

谢谢你，这个例子看过了，应力对模态产生影响的实质是由于改变了结构的刚度吗？

16443

应力钢化

李苹

回复 7 # cfz1986 的帖子

根据材料的几何尺寸和线膨胀系数及估计的温差，估算一下热变形有多大，如果不是很大基本可以不考虑，因为齿轮工作状态的固定方式会使热应力得到释放，因此影响不大

williamzoe

回复 9 # cfz1986 的帖子

我觉得你要区分刚度和刚度矩阵。局部刚度的改变是否会改变整体的刚度矩阵？

刚度矩阵是如何得出的？质量矩阵呢？模态分析的基本运动方程是什么？求解的过程？

建议你找振动理论或者结构动力学的书籍看看相关内容。

李苹

做齿轮的实验模态分析通常是常温下的

liuyu0828

我们也在做这个材料的齿轮振动计算，请问一下这个材料的弹性模量和泊松比是怎么查到的？