ANSYS-Workbench教程07 WB-Mech_120_Ch05_Modal

Workbench - Mechanical Introduction
第五章 模态分析
5-1
Vibration Analysis
简介
– 假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。
Training Manual
• 在这一章中，将介绍模态分析。进行模态分析类似线性静力分析。 • 本章内容:
– 模态分析步骤 – 有预应力的模态分析步骤
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Vibration Analysis
… 接触区域
Training Manual
• 模态分析，可能存在接触。然而，由于模态分析是纯粹的线性分析，所以，所采 用的接触不同于非线性分析中的接触类型，具体如下表所示：
Contact Type Bonded No Separation Rough Frictionless Static Analysis Bonded No Separation Rough Frictionless Initially Touching Bonded No Separation Bonded No Separation Modal Analysis Inside Pinball Region Bonded No Separation Free Free Outside Pinball Region Free Free Free Free
模态 第一模态频率: 83.587 Hz
有预应力的模态 第一模态频率: 99.679 Hz
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Vibration Analysis
D. Workshop 5.2 –预应力模态
Training Manual
• Workshop 5.2 – 预应力模态分析 • 目标:模拟拉杆在有应力和无应力状态下的模态响应（如下所示）。
求解 查看结果
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Vibration Analysis
…几何体和质点
• 模态分析支持各种几何体：
– 实体, 表面体 和线体
Training Manual
• 可以使用质量点:
• 质点在模态分析中只有质量（无硬度）。 • 质量点的存在会降低结构自由振动的频率。
• 材料属性: 杨氏模量,泊松比, 和 密度是必需的。
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Vibration Analysis
… 检查结果
• 模态:
– 由于在结构上没有激励作用，因此振型只是与自由振动相关的相对值。 – 在详细列表里可以看到每个结果的频率值. – 应用图形窗口下方的时间标签的动画工具栏来查看振型
Training Manual
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Vibration Analysis
2 i i
– [K] 和 [M] 不变:
假设材料特性为线弹性的 利用小位移理论，并且不包括非线性的 不存在[C] ,因此无阻尼 无{F} , 因此无激振力 结构可以强迫振动也可以不强迫振动
– 模态 {φ} 是相对值，不是绝对值
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Vibration Analysis
A.模态系统分析步骤
Training Manual
– 提取的模态阶数：1到200（默认的是6）。 – 指定频率变化的范围（默认的是0到1e+08Hz）。
Training Manual
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Vibration Analysis
… 载荷和约束
• 结构和热载荷无法在模态中存在。
Training Manual
• 约束:
– 假如没有或者只存在部分的约束, 刚体模态将被检测. 这些模态将处于0HZ附近. 与 静态结构分析不同, 模态分析并不要求禁止刚体运动. – 边界条件对于模态分析来说，是很重要的。因为他们能影响零件的振型和固有频率. 因此需要仔细考虑模型是如何被约束的. – 压缩约束是非线性的，因此在此分析中不被使用.
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Vibration Analysis
…没有/有预应力作用的例子
ห้องสมุดไป่ตู้
Training Manual
• 在项目图表里建立一个静力结构分析与模态分析相结合的并有预应力存在 的分析模型。
• 注意在模型分支里，结构分析结果变成开始状态 的。
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Vibration Analysis
…没有/有预应力作用的例子
• 对一边固支的薄板的结构，简单对比一下两种分析
– 进行两个分析，对比模态和有预应力的模态分析的不同。
模态分析 有预应力的模态分析
Training Manual
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Vibration Analysis
…没有/有预应力作用的例子
Training Manual
• 在这个例子中，提供了在有外力存在的拉伸状态下增加固有频率的方法。
• 模态分析与线性静态分析的过程非常相似，因此不对所有的步骤做详细介 绍。用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。
– – – – – – – – – – 附加几何模型 设置材料属性 定义接触区域 (如果有的话) 定义网格控制 (可选择)
定义分析类型
加支撑 (如果有的话)
求解频率测试结果 设置频率测试选项
• 本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许 可。
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Vibration Analysis
模态系统分析基础
Training Manual
• 对于模态分析，振动频率ωi和模态φi 是根据下面的方程计算的出的：
• 假设:
• • • • •
([K ] − ω [M ]){φ } = 0
Training Manual
– 处于不变载荷作用的应力作用下的结构可能会影响固有频率，例如吉他调弦 。
[K ]{xo } = {F }
进行线性静力分析
[σ o ] → [S ]
应力刚度矩阵用于计算结 构分析
([K + S ] − ω
2 i
[M ]){φi } = 0
原来的模态方程被修改为包括[S] 阵
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Vibration Analysis
… 求解
• 求解模型 (没有要求的结果). • 求解结束后，求解分支会显示一个图标，显示频率和模态阶数.
Training Manual
• 可以从图表或者图形中选择需要振型或者全部振型进行显示. • 嵌入“Total Deformation”结果中需要求解模态。
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B. Workshop 5.1 – 模态
• Workshop 5.1 – 模态分析 • 目标:
– 检查用18号钢制造的马达盖子（如下所示）的振动特性。
Training Manual
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Vibration Analysis
C. 有预应力的模态
• 在某些情况下，在执行模态分析时可能需要考虑预应力影响。
• 接触模态分析：
– 粗糙接触和摩擦接触：
• 将在内部表现为黏结或不分离 • 如果有间隙存在，非线性接触行为将是自由无约束的（例如， 接触不存在）
– 绑定和不分离的接触情形将取决于pinball区域的大小。
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Vibration Analysis
… 分析类型
• 从Workbench的工具栏中选择“Modal”指定模型的分析类型。 • 在 Analysis Settings中: