猫头型直线塔振动分析结果

1.问题描述

某猫头型直线输电线塔材料为Q345B钢，其中弹性模量为2.1×10¹¹ Pa，泊松比为0.3，密度为11.85g/cm³，其他相关参数在分析过程中体现。试求电线塔架在随机振动下竖直方向变形。

2.有限元分析过程

（1）启动Workbench 18.0 在“开始”菜单中执行ANSYS 18.0→Workbench 18.0命令。

（2）创建随机振动分析项目

①在工具箱【Toolbox】的【Anal-ysis Systems】中双击或拖动模态分析项目【Modal】到项目分析流程图创建项目A，然后右键单击项目A的【Solution】单元，从弹出的菜单中选择【TransferData To New】→【Random Vibration】，即创建随机振动分析项目B，此时相关联的数据共享，如图8-53所示。

②在Workbench的工具栏中单击【Save】，保存项目工程名为Wiretower.Wbpj。有限元分析文件保存在D：\AWB\Chapter08文件夹中。

（3）确定材料参数

①编辑工程数据单元，右键单击【Engineering Data】→【Edit】。

图8-53 创建随机振动分析项目

②在工程数据属性中增加新材料：【Outline of Schematic A2，B2：Engineering Data】→【Click here to add a new material】，输入新材料名称Q345B。

③在左侧单击【Physical Properties】展开→双击【Density】→【Properties of Outline Row 4：Q345B】→【Density（Kg m^3）】=7850。

④在左侧单击【Linear Elastic】展开→双击【Isotropic Elasticity】→【Properties of Outline Row 4：Q345B】→【Young’s Modulus（pa）】=2.1E+11。

⑤【Properties of Outline Row 4：Q345B】→【Poisson’s Ratio】=0.3，如图8-54所示。

⑥单击工具栏中的【A2，B2：En-gineering Data】关闭按钮，返回到Work-bench主界面，新材料创建完毕。

（4）导入几何模型 在模态分析项目上，右键单击【Geometry】→【Import Geometry】→【Browse】→找到模型文件Wire tower.agdb，打开导入几何模型。模型文件在D：\AWB\Chapter08文件夹中。

（5）进入Mechanical分析环境

①在模态分析项目上，右键单击【Model】→【Edit】进入Mechanical分析环境。

图8-54 创建材料

②在Mechanical的主菜单【Units】中设置单位为Metric（mm，kg，N，s，mV，mA）。

（6）为几何模型分配材料属性 塔架分配材料：在导航树里单击【Geometry】展开→【Wire tower】→【Details of“Wire tower”】→【Material】→【Assignment】=Q345B。

（7）划分网格

①在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Sizing】→【Element Size】=100mm，其他默认。

②生成网格，右键单击【Mesh】→【Generate Mesh】，如图8-55所示。

③网格质量检查，在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Quality】→【Mesh Metric】=Element Quality，显示Element Quality规则下网格质量详细信息，平均值处在好水平范围内，展开【Statistics】显示网格和节点数量。

（8）施加边界条件

①在导航树上单击【Modal（A5）】。

②施加约束，在环境工具栏上单击【Supports】→【Fixed Support】，单击【Fixed Support】→【Details of“Fixed Support”】→【Scope】→【Scoping Method】=Named Selection，【Named Selec-tion】=Brace，如图8-56所示。

③施加模态数，在导航树Modal下单击【Analysis Settings】→【Details of“Analysis Set-tings”】→【Options】→【Max Modes to Find】=6，其他默认。

图8-55 网格划分(www.xing528.com)

图8-56 施加约束

图8-57 电线塔变形分布云图

（9）设置需要的结果

①在导航树上单击【Solution（A6）】。

②在求解工具栏上单击【Deformation】→【Directional】。【Directional Deformation】→【De-tails of“Directional Deformation”】→【Definition】→【Orientation】=Y Axis。

（10）求解与结果显示

①右键单击【Directional Deformation】，从弹出的菜单上单击进行求解运算。

②运算结束后，单击【Solution（A6）】→【Di-rectional Deformation】，可以查看图形区域显示模态分析得到的电线塔在1阶模态下的频率、变形分布云图及数值，如图8-57、图8-58所示。

（11）随机振动设置

①在导航树上单击【Random Vibration（B5）】。

②在环境工具栏上单击【PSD Base Excitation】→【PSD G Acceleration】，【PSD G Acceleration】→【De-tails of“PSD G Acceleration”】→【Scope】→【Boundary Condition】=All Fixed Supports，【Definition】→【Load Data】，【Direction】=Y Axis，设置如图8-59所示。

③设置阻尼，【Random Vibration（B5）】→【Analysis Settings】→【Details of“Analysis Set-tings”】→【Damping Controls】=Manual，【Damping Controls】→【Constant Damping Ratio】=0.05，其他默认。

（12）设置需要的结果

①在导航树上单击【Solution（B6）】。

②在求解工具栏上单击【Deformation】→【Directional】。【Directional Deformation】→【Details of“Directional Deformation”】→【Definition】→【Orientation】=Y Axis，【Scale Factor】=3Sigma。

图8-58 电线塔模态数值

图8-59 PSD G Acceleration设置

（13）求解与结果显示

①右键【Directional Deformation】，从弹出的菜单上单击进行求解运算。

②运算结束后，单击【Solution（B6）】→【Directional Deformation】，可以查看图形区域显示随机振动分析得到的电线塔变形分布云图，如图8-60所示。

图8-60 电线塔随机振动变形分布云图

（14）保存与退出

①退出Mechanical分析环境，单击Mechanical主界面的菜单【File】→【Close Mechanical】退出环境，返回到Workbench主界面，此时主界面的项目管理区中显示的分析项目均已完成。

②单击Workbench主界面上的【Save】按钮，保存所有分析结果文件。

③退出Workbench环境，单击Workbench主界面的菜单【File】→【Exit】退出主界面，完成项目分析。

点评：本实例是猫头型直线塔随机振动分析，随机振动分析基本流程即先模态分析，后随机振动分析。本例的关键点是随机振动分析的载荷类型设置、载荷数据处理，以及求解后处理。