梁单元与实体单元在分析简支梁振动模态时的差别???

浏览:159411 回答:6
分别采用梁单元(beam3)和实体单元(solid45)对一两端简支的梁进行模态分析,求得5000Hz以下各阶振动频率
如下所示:
1.beam3单元
23.52739
94.09795
211.67688
376.20626
587.60514
845.76971
1150.57349
1297.18971
1501.86755
1899.48081
2343.22035
2832.87176
3368.19952
3891.65076
3948.94745
4574.83915
2.solid45单元
24.65515
98.50903
221.21670
392.12018
609.85539
870.11901
1142.37217
1314.90913
1598.44489
1993.74231
2442.09875
2932.80131
3447.14439
3849.00369
4178.75387
4751.15324
而理论解是
23.52836
94.11343
211.75521
376.45371
588.20892
847.02085
1152.88949
1297.18630(纵向振动)
1505.81484
1905.79691
2352.83569
2846.93119
3388.08340
3891.55891(纵向振动)
3976.29232
4611.55796
请问:
1.为什么随着阶数的增大,beam3单元的计算结果与理论解的误差越来越大???
2.为什么实体单元计算结果与理论解的误差比梁单元计算结果与理论解误差大这么多???
程序如下:
1.梁单元-beam3
finish
/clear,nostart
/filname,Modal Analysis With Beam Element
/title,Natural Frequency of Undamping Euler Beam
*set,num,198 !沿梁长度方向划分的单元数量
length=1.0
width=0.01
height=0.01
xsect=width*height
inertiaz=(width*height**3)/12
/prep7
et,1,beam3
r,1,xsect,inertiaz,height,
mp,ex,1,2.1e11
mp,prxy,1,0.3
mp,dens,1,7800
k,1,0,0,0
k,2,length,0,0
l,1,2
lesize,all,1/num,,, !网格数量
lmesh,all
/eshape,1
/replot
finish
/solu
antype,modal
modopt,lanb,30,0,5000,,off
mxpand,30,0,5000,yes,
dk,1,ux,,,,uy
dk,2,uy,,,
!outres,all,all
allsel,all
solve
finish
2.实体单元-solid45
finish
/clear,nostrat
keyw,pr_set,1
keyw,pr_struc,1
filname,Modal Analysis With Solid Element
/title,Natural Frequency of Undamping Euler Beam
*set,num,198 !沿梁长度方向划分的单元数量
/prep7
et,1,solid45
mp,ex,1,2.1e11
mp,prxy,1,0.3
mp,dens,1,7800
block,0,1,0.005,-0.005,0.005,-0.005
esize,1/num !设置单元尺寸
mshape,0,3D
mshkey,1
vmesh,all
nsel,all
d,all,uz,0,0
nsel,s,loc,x,0
nsel,r,loc,y,-0.005
d,all,ux,,,,,uy
nsel,s,loc,x,1
nsel,r,loc,y,-0.005
d,all,uy,,,
allsel
finish
/solu
antype,modal
modopt,lanb,30,0,5000,,off
mxpand,30,0,5000
allsel
solve
finish
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shizhongyu332

你好。我现在想模拟自由模态。梁在没有约束的情况下的情况。可是振型不是沿坐标轴的平动和旋转,而且出现了变形了。这是怎么回事了谢谢。
2012年12月21日
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邹正刚
你所谓的理论解应该是按照平面梁理论得到的解,其中做了很多假设 (如梁剖面保持与梁的轴线垂直,等;即对结构变形加了一些额外的约束),更不能考虑平面以外的变形的影响。所以 beam3 的结果和梁理论的结果比较接近,而 solid45 的结果与梁理论结果相差较大是必然的。
至于 beam3 的结果与理论解的差别随着频率的提高而加大,除了数值计算的积累误差外,主要是单元长度与振动波长之间的关系。频率低时,振动波长较长,可以跨几个单元,因而能够较好的拟合振型,误差就比较小;随着频率提高,波长变短,假如波长接近或小于单元边长,该网格就无法拟合正确的振型,误差自然就随着频率的提高而越来越大 (边长越来越小,网格拟合振型越来越差) 。
2010年7月5日
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Expansion
梁单元本身就用了很多的假设了,你看看beam3,solid45的理论说明就明白了
2010年6月24日
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bme
beam3只能模拟平面梁的弯曲,所以你必须要明确你的问题是否是该面内的振动。其次,根据理论解各阶频率比为1:4:9...:(n*n),模态分析的很多方法都是采用迭代法,另外你还要查看模态分析方法是否与基频有关,如果是那肯定会导致误差的累积。建议网格加密、换一种模态分析方法(subspace、reduced等)。solid45本身没有转动自由度,用它来模拟有转动的问题,结果自然不会太好。欢迎探讨,共同提高
2010年6月23日
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axial
斑竹老师,不明白您的意思,请明示!!!!!!
2010年6月23日
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bme
beam3二维弹性梁单元,solid45为8节点三维实体单元,需要注意的是beam3自由度为3个(ux、uy、rotz),solid45自由度也为三个(ux、uy、uz),所以你的问题就可以回答了
2010年6月22日
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