[转载]基于ANSYS经典界面的光盘的转子动力学分析

 

我们经常通过光驱来读取光盘数据。光盘是一个很薄的盘,当读取数据时,它的转速很高。本篇博文试图对光盘的转子动力学问题进行分析。

该光盘的结构如下,它的内圈被固定,而外圈自由。其转速是120HZ.

已知:

几何参数: 厚度:0.8mm;内径:16.5mm,外径:47.5mm

物理参数:弹性模量 7.e10MPa;泊松比:0.3;密度:2800kg/m3.

【问题分析】

1. 用SHELL181单元建模。这是一个壳单元。并通过实常数指明厚度。

2. 分析时取3个转速:0.1, 该光盘转速的一半,以及光盘的实际转速来进行三次模态分析。从而可以绘制拷贝图。

3. 本篇博文用命令流方式说明步骤。读者只需要把相应的命令流拷贝到ANSYS经典界面的命令窗口,执行即可。

【求解过程】

首先打开ANSYS的经典界面

一 建模

1.定义参数

在命令窗口中输入下列命令

pi = acos(-1)xa = 47.5e-3xb = 16.5e-3zh = 0.8e-3spin = 120*2*pi第1行定义了圆周率的大小第2行是光盘的外径第3行是光盘的内径第4行是在计算光盘的转速,用弧度每秒为单位。

2.定义单元类型和实常数

继续输入

/prep7et,1,181r,1,zh第1行指明进入前处理器第2行定义光盘的单元类型是SHELL181第3行说明该单元的厚度是0.8e-3

3.定义材料模型

继续输入

mp,ex,,7.2e+10mp,nuxy,,.3mp,dens,,2800.这三行分别说明新建材料的弹性模量,泊松比和密度。

4.创建几何模型

继续输入

cyl4,,,xb,0,xa,360这里绘制出一个圆环,这就是光盘的几何模型。此时主窗口中显示如下图

继续输入

esize,0.0025amesh,all第1行指明了单元的尺寸是2.5mm第2行划分面网格。此时主窗口中显示如下图 可见,网格并不怎么样。虽然有更好的处理方式,但是本文的主要目的是说明转子动力学的计算步骤,就忽略这些细节问题了。

6.设定边界条件

继续输入

lsel,,,,5,8dl,all,1,allallselfini第1行说明要选择内圈的四根圆弧第2行说明对内圆弧上所有节点全固定第3行说明选择所有对象第4行退出前处理器此时主窗口中显示如下图 可见,内圈已经被固定,而外圈自由。这正确的模拟了光盘装在光驱内部的情况。

二 仿真

1.设置分析类型及选项

继续输入

/soluantype,modalmodopt,qrdamp,30,,,onmxpand,30qrdopt,on第1行说明进入到求解器第2行说明进行模态分析第3行设置模态分析的选项:使用QRDAMP算法,提取前30阶模态。第4行指明要展开这30阶模态第5行说明,后一个载荷步要重用前一个载荷步的Block Lanczos的特征值解,以加快计算速度。2.开启科里奥利效果继续输入coriolis,on,,,on说明要打开科里奥利效果,而且是在固定坐标系中求解。

3.第1次模态分析

继续输入

omega,,,0.1solve第1行指明该光盘绕轴转动的角速度是0.1弧度每秒第2行是求解的命令

4.第2次模态分析

继续输入

omega,,,spin/2solve第1行指明该光盘绕轴转动的角速度是最终转速的二分之一第2行是求解的命令

5.第3次模态分析

继续输入

omega,,,spinsolvefinish第1行指明该光盘绕轴转动的速度是题目中给定的速度第2行是求解的命令第3行退出求解器

三 后处理

1. 输出坎布尔图

继续输入

/post1/yrange,500,1500plcamp第1行说明进入到通用后处理器第2行指明下面要画的图形的纵坐标的范围是500-1500.第3行指明请绘制坎贝尔图结果如下

继续输入

prcampfinish第1行指明请在输出窗口中打印坎贝尔图第2行是退出通用后处理器则在输出窗口发现了下面的数据 它列出了对于3个给定转速(0.1,376.991.753.982)时的前10阶固有频率。