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预应力条件下的湿模态分析及其影响
【摘要】：传统的方法都是通过附加质量法来计算结构在水中的模态，即湿模态，本文利用APDL语言命令流和Workbench平台耦合的方法来实现对转子部件在预应力情况下湿模态的计算。插入命令流如下求解之后，前三阶振型图如图5.4-4所示图5.4-4 湿模态前三阶振型图则前六阶固有频率如图5.4-5所示。另外由图5.4-4可以看出，在水中各阶振型对应的振幅相比于在真空中也相应降低，这是水介质阻尼作用的结果。
传统的方法都是通过附加质量法来计算结构在水中的模态，即湿模态，本文利用APDL语言命令流和Workbench平台耦合的方法来实现对转子部件在预应力情况下湿模态的计算。预应力下结构模态的计算方法，已经介绍过，所以前期设置与上面完全相同，不同的是，需要在Workbench里导入流体域模型，以设置边界条件，过程这里不再赘述。首先需要叶轮流体域几何模型将叶轮包围起来。固体域的材料全部在Workbench中定义，流体域材料的添加需要通过插入命令流的方法实现，为了获得更高的求解精度，用Fluid220和221高阶单元作为流体域单元，由于流体域单元不支持完全积分法，所以这里对流体域积分控制使用缩减积分法，而对流固耦合面的固体域积分控制使用完全积分法。由于Fluid220和221都是高阶单元，为了确保在划分网格时产生一致的高阶单元，这里强制程序保留单元边线上的中节点，Workbench默认使用Solid186和187作为结构单元，二者都是高阶单元。对于流体域边界条件的处理同样在命令流中实现：①对于只有压力自由度的单元，只要指定自由液面处的压力自由度为零，即为完全固定；②对和固体结构耦合的液体单元，则只要指出单元和固体结构相耦合的面，而这些面上的压力、位移参量关系的确定则由程序自动完成。
（1）插入命令流如下
（2）求解之后，前三阶振型图如图5.4-4所示
图5.4-4 湿模态前三阶振型图
则前六阶固有频率如图5.4-5所示。
图5.4-5 前六阶湿模态固有频率
（3）对比结构在预应力情况下在真空和在水中的前六阶固有频率，如图5.4-6所示
图5.4-6 水介质对固有频率的影响
结构在水中各个阶次的固有频率都下降了，幅度大概在10%左右，这是由于在结构动力学方程中考虑到阻尼矩阵C的原因，说明阻尼起到了降低固有频率的作用，由于水的深度以及其他因素都会对结果造成影响，但是本方法的湿模态计算结果的降幅与其他文献的计算结果降幅相当。另外由图5.4-4可以看出，在水中各阶振型对应的振幅相比于在真空中也相应降低，这是水介质阻尼作用的结果。
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