如何用好质量单元

Agoni

ANSYS用于结构分析的质量单元仅有MASS21。
MASS21称为结构质量单元，每个节点可多达6个自由度，即沿节点坐标系X,Y,Z方向的平动位移和转动位移。每个坐标轴方向可以有不同的质量和转动惯量。
Mass21单元通过一个节点定义，也就是说一个关键点划分网格（采用KMESH命令）赋予属性可以变为质量单元，一个节点也可以生成质量单元。质量单元必须至少赋予一个实常数，那就是质量。很多时候，我们在有限元建模中将一个形状怪异，体积庞大的物体简化为质量点，然后通过质量单元来赋予其质量。也有时候在一个实体面上无法加载时通过质量点与该实体面上的节点刚性耦合（采用CERIG命令），然后通过施加在质量点上传递给实体面。因此说明质量单元有些时候非常的方便。
MASS21共有3个单元关键字控制选项：
KEYOPT(1)：实常数控制选项（0表示实常数为质量和转动惯量；1表示实常数为体积和转动惯量/密度）
KEYOPT(2)：初始单元坐标系控制选项（0表示初始单元坐标系平行于总体直角坐标系；1表示初始单元坐标系平行于节点坐标系）
KEYOPT(3)：转动惯量控制选项（0表示考虑转动惯量的3D质量；1表示不考虑转动惯量的3D质量；3表示考虑转动惯量的2D质量；4表示不考虑转动惯量的2D质量）
利用此单元注意事项：
1、2D单元假定位于总体直角坐标系的Z轴为常数的平面，即与XOY平面平行。
2、质量单元在静态分析中无效应，除非施加了加速度、旋转或惯性释放。
3、当KEYOPT（3）=0时，质量汇总输出采用各坐标方向质量的平均值。例如，当KEYOPT（3）=0时仅输入了MASSX=m，而MASSY=MASSZ=0，则在质量汇总输出中给出的是m/3的值，而不是m值。
4、在惯性释放分析中，采用一致质量矩阵。
5、由于物体的质量是不变的，也没有方向性，因此各坐标轴的质量分量（MASSX、MASSY、MASSZ）没有物理意义，只在计算技巧方面有意义，如：可防止某些方向产生惯性力或者可使各个方向具有不同的惯性反应。
下面举个很常见的例子：
质量弹簧系统与模态：
/prep7
K=1200        !定义弹簧刚度
M=5.0         !定义质量
TNF=SQRT(K/M)/(2*ACOS(-1))   !竖向振动自然频率的理论解
ET,1,COMBIN14                !定义弹簧单元
ET,2,MASS21                   !定义质量单元
R,1,1200       !定义弹簧实常数（弹簧刚度）
R,2,0,M,0      !定义质量实常数
N,1           !创建节点1（0,0,0）
N,2,,1         !创建节点2（0,1,0）      
TYPE,1        
REAL,1
E,1,2          !创建弹簧单元
TYPE,2   
REAL,2
E,1           !创建质量单元
D,2,ALL
/SOLU
ANTYPE,MODAL   !定义求解类型为模态分析
MODOPT,LANB,3   !定义模态提取方法
MXPAND,3         !定义模态扩展
SOLVE
/POST1      
SET,LIST           !结果列表
为了考虑各坐标轴质量的影响，用COMBIN14的3D功能模拟弹簧（KEYOPT采用缺省值），用MASS21的3D带转动惯量功能模拟质量（KEYOPT采用缺省值）。
若定义MASSX不等于0，MASSZ也不等于零且MASSY=m,则一阶和二阶振动模态频率为零，即结构自由摆动，这不是所需要的振动模态。为了消除零频模态，应定义MASSX=MASSZ=0且MASSY=m,此时一阶振动模态频率与理论计算方法f=SQRT(K/M)/(2*PI)的计算结果一样。结构在Y方向振动。

转自：http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=646659&do=blog&id=567552