待解决问题

ansys pipe59 振动的科氏力问题

[ 标签:ansyspipe振动科氏力 ]
我在做一个管内外都有液体的管道,由于有管内液体的流动管将产生振动,这种振动与管内液体的科氏力有关,科氏力的值是液体质量乘以流速再乘以振动位移对时间和管长的偏导数。由于不想用流固耦合的方法做,所以想在梁的振动方程中加入这一项。我想到了一个解决方法:既然科氏力与转动速度成正比,在振动方程中它应该是阻尼作用,我想把科氏力的影响以阻尼的形式加到阻尼矩阵中去。这样就要改变模型方程中原有的阻尼矩阵。也就是说要将原模型中的阻尼系数矩阵提出来然后改变矩阵中与科氏力相对应的系数的值,然后在将这个新的矩阵作为阻尼矩阵添加到方程中去。
我的问题是,请问老师,这阻尼矩阵提取和放回的过程如何实现,btw我用的是pipe59单元,因为要考虑关外水动力系数的影响。
老师是否其他联系方式,这样联系效率不高,如果方便请发网站短信到我的邮箱,我的联系方式比较全,所以一般都能与老师联系。
问题补充  2008/9/23 12:53:49
谢谢老师上面的回复。
我知道您说的那个离心力,也就是左边的第二项,但我不知道直接在pipe的两端加一个压力是否可行,如果不可行,为什么?而且您所提到的这个力的施加方法我不是很理解,为什么要这样施加,能不能逐步解释一下这样做的目的。
而对于方程中的第三项,也就是我前面提到的那个转动阻尼力,我想问问老师怎么施加到模型中去。

问题补充  2008/9/23 12:54:58
刚刚发现上面的公式不清楚,所以再写一遍。

问题补充  2008/9/23 15:11:43
老师,如果吧所有的节点都约束住,怎么添加预应变呢?都约束住是不是就没有变形也就没有应变了吗?

问题补充  2008/9/23 16:58:42
其实,老师能对ansys熟悉到这种程度,我已经很佩服,真的很专业。
ansys 中有没有能把阻尼系数矩阵显式出来,然后改变其值,再放到阻尼系数矩阵的位置中的作法?如果有,用什么命令?
 
还有就是我不明白怎么消除预应力,是不是重新定义实参数就行了?

问题补充  2008/9/23 17:13:39
谢谢老师能这么快回复,我从来没有用过比例阻尼,具体怎么才能用比例阻尼加入模型呢?

问题补充  2008/9/23 17:30:10
哦,老师,我说错了,我用过比例阻尼,但比例阻尼是将阻尼简化成与质量阵和刚度阵成正比,但是我怎么才能知道其比例系数也就是Alpha和Beta是多少呢,原有的这两个参数的计算公式我知道,但这个附加的怎么算呢?
问题补充  2008/9/24 10:19:42
老师,我以前没用过阻尼比,刚才看了一下help中的damping matrix,里面提到了阻尼比,但我还是不知道常阻尼比和模态阻尼比的数值如何确定。我要加的只是y方向的转动阻尼,所以我猜测应该加对应于该方向的模态阻尼,但我不确定怎么找到该方向的模态频率,以及这个模态阻尼比是只添加到一个模态频率中,还是在该方向有多个模态频率,都要加模态阻尼比?当然,我也不确定这种思路是否正确。还有就是,阻尼对振幅有影响,然而是否影响频率和振型?我记得在求模态频率的时候好像是假设阻尼不影响频率,但振型呢?我没见过相关论述,希望老师解疑释惑,谢谢。
问题补充  2008/9/24 15:05:06
老师,为什么说“其它项本身也不准确”呢?还有怎么比较科氏力和离心力的数量关系呢?x,t,w怎么取值?
问题补充  2008/9/24 15:21:30
哦,老师,还有一个问题我一直不明白,为什么要求矩阵对角化呢?如果不对角化会怎么样呢?

问题补充  2008/9/27 15:19:45
老师,我按照你的方法做了,但模态分析的结果却与没有考虑内流动的情况相同,是不是我哪里做的不对,下面是我按照对你说的方法的理解做模型的主要相关步骤:
1、参数设置,用R命令为pipe59定实参数,其中对预应变赋值:ρAv^2/EA1
2、用D,ALL,ALL对所有的节点所有的方向施加约束
3、做静态分析
4、进入模态分析,先用SSTIF,ON!*打开应力刚化开关,然后将实参数中的预应变置零,DDELE,ALL,ALL删除所有约束,然后施加模型实际的约束,求解模态,然后模态扩展。
5、后处理
 
但预应变好像没有加入刚度矩阵

问题补充  2008/9/27 15:29:52
老师,还有一个问题就是怎么才能看到预应变施加成功、应力刚度开关打开还有预应力进入刚度矩阵?
希望提示相关命令,谢谢老师
 

问题补充  2008/9/27 16:11:43
老师,我刚才试了一下,在静态分析中打开预应力模态分析的频率就有变化,但不大。是不是这样就等于把通过施加等效预应变的方法施加了预应力,然后又将预应力对刚度的影响施加到了模型中,从而预应力对振动频率的影响,实现了离心力对模态频率的影响。老师,可以这么看吗?
 

问题补充  2008/9/30 23:32:06
老师,关于科氏力这一项,可不可以用施加耦合载荷来实现,也就是说在z方向施加一个与y方向转动速度成正比的力。我在ansys耦合载荷说明文件中只找到了施加与位移成正比的方法,但没找到与速度成正比的方法,希望老师指导。

问题补充  2008/10/1 16:46:03
老师,我在文献中看到有人这样把科氏力加进去了:(考虑了外流阻尼)
下面作者没有具体说这附加阻尼是怎么计算的。
老师,附加阻尼可以这样计算吗?如果可以附加阻尼的具体形式(可用于计算的公式)是什么呢?
麻烦老师了

问题补充  2008/10/4 10:32:25
老师,我刚刚看了matrix27单元,感觉可能可以解决科氏力的问题,但我不确定。希望你看看能不能在模型中加入matrix27并在其阻尼矩阵中加入科氏力来解决这个问题。
谢谢老师!

问题补充  2008/10/5 15:59:44
老师,如果下面还要做动态分析,那么是不是在动态分析过程中还要加上预应变?似乎在在整个动态过程中离心力始终存在,但我不知道是不是离心力以预应力的形式进入刚度阵后就不需要加预应力了?请老师指点
favoreddog 回答:5 人气:6911 提问时间:2008/9/18 9:25:26

答案

你好,几点意见供你参考
1.管中水流引起的横向力不是科氏力,科氏力是旋转坐标引起的牵连惯性力,而这里是由于管道弯曲引起的离心力。这个力的大小与ρAv^2成正比。(A是水流截面积)
2.这个力不是阻尼,而是使刚度减小,当流速较大时,会使整个系统呈现负刚度,引起自激振荡。
3.比较有水流的梁的横振动微分方程和考虑轴向压力的梁的横振动微分方程,发现ρAv^2与轴向压力N相当。而有限元方程中,N的影响是以应力刚度的形式出现的。这样我们可以以相当N的应力来模拟ρAv^2。
4.具体做法是,在pipe单元的实常数中填入预应变ρAv^2/EA1(A1是管的截面积),把所有节点位移都约束住,进行静力分析,得到初应力。去掉所有节点位移约束及实常数中的预应变,再进行模态分析,模态分析时打开应力刚度开关。
回答采纳率:0%回答时间:2008/9/22 19:55:34
你好:
  对预单根管或一串在一条直线上的管,两端加压力是可以的。如果不是这样,在两管连接处的面上加的压力对两边的体都有作用,结果互相抵消,算下来什么也得不到。
  预应变是通过实常数加的,如果节点不约束,计算的结果只有节点位移,而没有应力。把节点约束住,正的预应变产生压应力,负的预应变产生拉应力。是不是这样,你可以把几种情况都算一下,看看结果怎样。
  对于流体我研究不多,只是从以前学过的课中有点影响,我还不知道有你方程的第三项,这项是对时间的一次导数,可以看成是阻尼项,可以阻尼比的形式加到材料模型中damping
回答采纳率:0%回答时间:2008/9/23 16:48:18
你好:
  预应力不用消除,要消除的是预应变,只要重新定义实参数就行了。模态分析以后再重新进行静力分析就没有预应力了。
  关于阻尼,由于产生阻尼的原因很多,很复杂,一般的阻尼矩阵不能同时与质量矩阵、刚度矩阵一起对角化。由单自由度体系振动知道,小阻尼时(阻尼比ζ<0.2),阻尼对自振频率影响很小。所以有限元模态分析时是不建立阻尼矩阵的,只在随后的谱分析,谐振响应分析时填入对应模态的阻尼比。我的意见如问题中已有其它的阻尼就不要再考虑科氏力这一项了,因为其它项本身也不准确。我没有仔细推导,估计这项比前一项的影响小很多,甚至可能是负阻尼。
阻尼比应该多大,应参考相关的专业书及相关规范。建筑结构在没有资料的情况下,我一般填0.05,供你参考。
   2ζω=α+βω^2
回答采纳率:0%回答时间:2008/9/24 10:14:05
你好:
  一般的阻力系数,都是根据实验或规范或凭经验定出的,不是很准确。
  离心力项的数量级是U^2,科氏力项的数量级是U*(dw/dx),dw/dx是微量,小变形问题,位移w及其导数一般小于0.001,你自己可以判断谁大谁小。
  对角化问题请参考结构动力学教材。
   另外阻尼只在自振频率附近对振幅其作用(0.7~1.25倍自振频率),以外的地方都可有阻尼与无阻尼振幅相差无几。
回答采纳率:0%回答时间:2008/9/27 11:01:55
你好:
  是的可以怎么看。在静力分析时就要打开应力刚度开关。流速不大时,这一项的影响是不大。你可以把速度增大看看影响有大。
回答采纳率:0%回答时间:2008/9/27 20:49:34
为避免你的答案被删除,请严格按照问题内容回答问题。
  • 8000个字符以内