按钮，故对话框
不会被关闭。
4．接着在图 11.6 所示对话框中的右边的滚动框中单击“Quad 8node 45”，使其高亮
度显示，选择 8 节点六面体单元 SOLID45。
5．单击
按钮，添加六面体单元 SOLID45 为 2 号单元，并关闭单元类型库(Library
of Element Types)对话框。
图 11.1 轮盘截面形状和几何尺寸
11.2 建立模型
同其它类型的有限元分析一样，进行模态分析时首先需要建立相应的有限元模型。在 ANSYS6.1 中，首先通过完成如下工作来建立本实例的有限元模型，需要完成的工作有： 指定分析标题并设定分析范畴，定义材料性能参数，定义单元类型，建立几何模型并划分 有限元网格等。本实例采用先建立分析部件的几何模型，然后对几何模型进行有限元分网 的方法来建立有限元分析模型。并着重介绍如何用关键点来创建面的方法，并使用了许多 关于面的操作命令，读者可以学习。下面将详细讲解分析过程。
1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models，将弹 出材料模型定义(Define Material Model Behavior)对话框，如图 11.7 所示。
图 11.7 材料模型定义对话框
2．在对话框的右边的 Material Models Available(适用的材料模型)列表框中，依次双击 Structural | Linear | Elastic | Isotropic，将弹出 1 号材料的弹性模量 EX 和泊松比 PRXY 的定 义对话框，如图 11.8 所示。
第 11 章 有预应力作用结构的模态分析实例
在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出 其固有频率和相应的模态振型。通过合理的设计使其工作转速尽量远离转子系统的固有频 率。而对于高速部件，工作时由于受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定 的变化。为此，在进行模态分析时需要考虑离心力的影响。用 ANSYS6.1 可以很方便地对 这类问题进行分析。通过下面的实例来讲解如何用 ANSYS 进行有预应力的结构的模态分 析。如果进行的模态分析不考虑预应力的影响，则分析时不用打开相应的预应力选项即可。
可用 Tab 键在输入区之间移动。单击
按钮，完成关键点 9 的定义。由于单击了
按钮，所以对话框将继续显示。
3．重复步骤 2 中的操作过程，创建下面的关键点：
关键点 10：4，55，0
关键点 11：-3，140，0
关键点 12：3，140，0
输入完最后一个关键点后，单击
按钮。图形输出窗口将显示刚创建的各个关键
将弹出 Create Keypoints in Active Coordinate System (根据坐标创建关键点)对话框，如图 11.13 所示。
图 11.13 根据坐标创建关键点对话框
2．在对话框中，输入 Keypoint number (关键点号)为 9，X,Y,Z 位置分别为-4，55，0。
2．在弹出的对话框中，输入矩形的两个对角位置：
WP X=-15
WP Y=15 Width＝30 Height＝25 注：其中 WP X，WP Y 为矩形左下角在工作平面内的坐标，
Width，Height 为矩形的宽和高。
3．单击
按钮，在图形窗口将显示创建的第一个矩形，
如图 11.11 所示。
图 11.10 创建矩形面
图 11.8 线性各向同性材料定义对话框
3．在图 11.8 所示对话框的 EX 文本框中输入 2.1E5，PRXY 文本框中输入 0.3。定义材
料的弹性模量为 2.1E5Mp，泊松比为 0.3。然后单击
按钮，关闭对话框。
4．接着双击 Density(见图 11.7)，弹出 Density for Material Number 1 (1 号材料密度定义)
为本分析实例的标题名。单击
按钮，完成对标题名的指定。
5．选取菜单路径 Utility Menu | Plot | Replot，指定的标题“modal analysis of a turbo-disk ”
将显示在图形窗口的左下角，如图 11.4 所示。
图 11.4 显示指定的标题 6．选取菜单路径 Main Menu | Preference，将弹出 Preference of GUI Filtering (菜单过滤 参数选择)对话框，如图 11.5 所示。
图 11.11 创建的第一个面
4．接着，在通过 Rectangle by 2 Corners (指定两个对角来创建矩形)对话框中，输入第 二个矩形面的两个对角位置：WP X=-10，WP Y=140，Width＝20，Height＝10。然后单击
按钮，关闭创建矩形对话框。这时，将在图形输出窗口中出现创建的第二个矩形面， 如图 11.12 所示。
如图 11.16 所示。
图 11.16 关键点和面的序号
6．通过关键点来创建面。选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create |
Arbitrary | Through KPs，将弹出 Create Area thru KPs (通过关键点来创建面)拾取对话框。
11.2.1 指定分析标题并设置分析范畴
在用 ANSYS6.1 进行一个新的有限元分析时，通常需要修改数据库文件名(缺省的文件 名一般不太适用)，并在图形输出窗口中定义一个标题用来说明当前进行的工作内容。另外， 对于不同的分析范畴(结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析等)ANSYS6.1 所用的主菜 单的内容不尽相同，为此我们需要在分析开始时选定分析内容的范畴，以便 ANSYS6.1 显 示出跟其相对应的菜单选项。下面是具体的操作步骤。
图 11.5 菜单过滤参数选择对话框
7．单击对话框中的 Structural(结构)选择按钮，选中 Structural 选项，以便 ANSYS6.1
的主菜单设置为与结构分析相对应的菜单选项。
8．单击
按钮，完成分析范畴的指定。
11.2.2 定义单元类型
在建立有限元模型时，首先应根据分析问题的几何结构，分析类型和所分析的问题的 精度要求等，选定适合分析实例的单元类型。本实例将选用六面体结构实体单元来分析， 但在建模过程中需要使用四边形平面单元，所有需要定义两种单元类型：PLANE42 和 SOLID45，具体操作如下：
1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出
Element Types (单元类型定义)对话框。单击
按钮，将弹出 Library of Element Types (单
元类型库)对话框，如图 11.6 所示。
11.2.4.1创建矩形面
根据轮盘截面的几何形状，可以先建立两个矩形面来作为部
分截面模型，然后通过对矩形面的操作来建立轮盘截面的几何
模型。具体的操作如下。
1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Rectangle | By 2 Corners，弹出通过指定两个对角来创建 矩形(Rectangle by 2 Corners)对话框，如图 11.10 所示。
(Material Models Defined)列表框中，将会列出定义的材料类型 1 的属性。选取路径 Material
| Exit 关闭对话框，完成对材料模型的定义。
11.2.4 建立轮盘截面几何模型
对于本实例的有限元模型，首先需要建立轮盘的截面几何模型，然后对其进行网格划 分，最后通过截面的有限元网格扫掠出整个轮盘的有限元模型。所以下面先建立轮盘截面 的几何模型，具体的操作过程如下。
图 11.12 创建的两个矩形面
11.2.4.1 创建关键点和不规则面 通过 ANSYS6.1 提供的由关键点创建不规则面的方法，可以很方便地建立轮盘截面其
余部分的面，具体的操作如下。 1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Keypoints | In Active CS，
7．在图形输出窗口中依次拾取关键点 4，9，11，12，10，3，单击
按钮，关闭
对话框。ANSYS 将会通过各个关键点创建一个由关键点依次连线围成的面 A3，如图 11.17
所示。
图 11.17 通过关键点创建面 A3
11.2.4.1 对已创建的面倒圆角
轮盘截面圆心出的两个圆角，在 ANSYS6.1 中可以通过如下的操作来完成。 1. 选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Line | Line Fillet，将弹出 Line Fillet 拾取对话框。从图形输出窗口中拾取线 L1，L2，然后，单击拾取对话框中的 Apply 按钮。将弹出 Line Fillet (倒圆角)对话框，如图 11.18 所示。
6．在 Element Types (单元类型定义)对话框的列表框中将会列出刚定义的两种单元类
型：PLANE42、 SOLID45，单击
按钮，关闭 Element Types (单元类型定义)对话框，
完成单元类型的定义。
11.2.3 定义材料性能
本实例中共用了一种材料——不锈钢，其性能参数在前面已经给出。由于要进行的是 考虑离心力引起的预应力作用下的轮盘的模态分析，材料的弹性模量 EX，和密度 DENS 必须定义。具体的操作如下：
对话框，如图 11.9 所示。
图 11.9 定义 1 号材料的密度
5．在对话框的DENS文本框中输入 7.8E-9，设定 1 号材料密度为 7.8E-9Tn/mm3。然后