我們經常通過光驅來讀取光盤數據。光盤是一個很薄的盤,當讀取數據時,它的轉速很高。本篇博文試圖對光盤的轉子動力學問題進行分析。

該光盤的結構如下,它的內圈被固定,而外圈自由。其轉速是120HZ.

已知:

幾何參數: 厚度:0.8mm;內徑:16.5mm,外徑:47.5mm

物理參數:彈性模量 7.e10MPa;泊松比:0.3;密度:2800kg/m3.

【問題分析】

1. 用SHELL181單元建模。這是一個殼單元。并通過實常數指明厚度。

2. 分析時取3個轉速:0.1, 該光盤轉速的一半,以及光盤的實際轉速來進行三次模態分析。從而可以繪制拷貝圖。

3. 本篇博文用命令流方式說明步驟。讀者只需要把相應的命令流拷貝到ANSYS經典界面的命令窗口,執行即可。

【求解過程】

首先打開ANSYS的經典界面

一 建模

1.定義參數

在命令窗口中輸入下列命令

pi = acos(-1)xa = 47.5e-3xb = 16.5e-3zh = 0.8e-3spin = 120*2*pi第1行定義了圓周率的大小第2行是光盤的外徑第3行是光盤的內徑第4行是在計算光盤的轉速,用弧度每秒為單位。

2.定義單元類型和實常數

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/prep7et,1,181r,1,zh第1行指明進入前處理器第2行定義光盤的單元類型是SHELL181第3行說明該單元的厚度是0.8e-3

3.定義材料模型

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mp,ex,,7.2e+10mp,nuxy,,.3mp,dens,,2800.這三行分別說明新建材料的彈性模量,泊松比和密度。

4.創建幾何模型

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cyl4,,,xb,0,xa,360這里繪制出一個圓環,這就是光盤的幾何模型。此時主窗口中顯示如下圖

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esize,0.0025amesh,all第1行指明了單元的尺寸是2.5mm第2行劃分面網格。此時主窗口中顯示如下圖 可見,網格并不怎么樣。雖然有更好的處理方式,但是本文的主要目的是說明轉子動力學的計算步驟,就忽略這些細節問題了。

6.設定邊界條件

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lsel,,,,5,8dl,all,1,allallselfini第1行說明要選擇內圈的四根圓弧第2行說明對內圓弧上所有節點全固定第3行說明選擇所有對象第4行退出前處理器此時主窗口中顯示如下圖 可見,內圈已經被固定,而外圈自由。這正確的模擬了光盤裝在光驅內部的情況。

二 仿真

1.設置分析類型及選項

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/soluantype,modalmodopt,qrdamp,30,,,onmxpand,30qrdopt,on第1行說明進入到求解器第2行說明進行模態分析第3行設置模態分析的選項:使用QRDAMP算法,提取前30階模態。第4行指明要展開這30階模態第5行說明,后一個載荷步要重用前一個載荷步的Block Lanczos的特征值解,以加快計算速度。2.開啟科里奧利效果繼續輸入coriolis,on,,,on說明要打開科里奧利效果,而且是在固定坐標系中求解。

3.第1次模態分析

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omega,,,0.1solve第1行指明該光盤繞軸轉動的角速度是0.1弧度每秒第2行是求解的命令

4.第2次模態分析

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omega,,,spin/2solve第1行指明該光盤繞軸轉動的角速度是最終轉速的二分之一第2行是求解的命令

5.第3次模態分析

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omega,,,spinsolvefinish第1行指明該光盤繞軸轉動的速度是題目中給定的速度第2行是求解的命令第3行退出求解器

三 后處理

1. 輸出坎布爾圖

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/post1/yrange,500,1500plcamp第1行說明進入到通用后處理器第2行指明下面要畫的圖形的縱坐標的范圍是500-1500.第3行指明請繪制坎貝爾圖結果如下

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prcampfinish第1行指明請在輸出窗口中打印坎貝爾圖第2行是退出通用后處理器則在輸出窗口發現了下面的數據 它列出了對于3個給定轉速(0.1,376.991.753.982)時的前10階固有頻率。