ansys模态分析解析
ANSYS模态分析教程及实例讲解解析
模态分析的定义
模态分析可以确定一个结 构的固有频率和振型，固 有频率和振型是承受动态 载荷结构设计中的重要参 数。 如果要进行模态叠加法谐 响应分析或瞬态动力学分 析，固有频率和振型也是 必要的。 所有动力学分析的基础。
模态分析的优点
模态分析的用途：
使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如桥梁 设计）； 使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷是如 何响应的； 有助于在其它动力分析中估算求解控制参数（如时间步 长）。
要点：振动外力的周期和结构固有周期一致或接近则要发生共振。 共振因为会使振动变得越来越强，一般应该避免。
频率分析的相关知识
设计就来时，停止前发出突突的响声并晃动起 来。 这是洗衣机的固有频率和马达的转速一致时产生的共振现象。 要把脱水时马达的转速设计成洗衣机的1阶固有频率以上。从而，在脱水过 程中不会产生共振现象。 洗衣机的马达的转速直到停止前与它的固有频率相一致，产生共振，发出 突突声音。此后，因为很短时间即停止，洗衣机不会损坏。
模态分析的用途
有预应力的结构进行模态分析。例如旋转的涡轮 叶片。 循环对称结构模态分析。允许对循环对称结构的 一部分进行建模，而分析产生整个结构的振型。 ANSYS的模态分析都是线性分析。 ANSYS中的模态提取方法：
Block Lanzos（默认）、子空间、PowerDynamics、缩 减法、非对称法、阻尼法和QR 阻尼法。后两种允许结 构中包含阻尼。
应力
应变
内容简介 模态分析的背景简介 ANSYS模态分析功能介绍 模态分析实例操作演示
学习要点
频率分析的相关知识
什么是振动 固有频率 固有振动模态 共振
频率分析的相关知识
ANSYS模态分析教程及实例讲解
ANSYS模态分析教程及实例讲解ANSYS是一款常用的有限元分析软件，可以用于执行结构分析、热分析、流体分析等多种工程分析。
模态分析是其中的一项重要功能，用于计算和分析结构的固有振动特性，包括固有频率、振型和振动模态，可以帮助工程师了解和优化结构的动态响应。
以下是一份ANSYS模态分析教程及实例讲解，包含了基本步骤和常用命令，帮助读者快速上手模态分析。
1.创建模型：首先需要创建模型，在ANSYS界面中构建出待分析的结构模型，包括几何形状、材料属性和边界条件等。
可以使用ANSYS的建模工具，也可以导入外部CAD模型。
2.网格划分：在模型创建完毕后，需要进行网格划分，将结构划分为小的单元，使用ANSYS的网格划分功能生成有限元网格。
网格划分的细腻程度会影响分析结果的准确性和计算时间，需要根据分析需要进行合理选择。
3.设置材料属性：在模型和网格创建完毕后，需要设置材料属性，包括弹性模量、密度和材料类型等。
可以通过ANSYS的材料库选择已有的材料属性，也可以自定义材料属性。
4.定义边界条件：在模型、网格和材料属性设置完毕后，需要定义结构的边界条件，包括约束和加载条件。
约束条件是指结构受限的自由度，例如固定支撑或限制位移；加载条件是指施加到结构上的载荷，例如重力或外部力。
5.运行模态分析：完成前面几个步骤后，就可以执行模态分析了。
在ANSYS中，可以使用MODAL命令来进行模态分析。
MODAL命令需要指定求解器和控制选项，例如求解的模态数量、频率范围和收敛准则等。
6.分析结果：模态分析完成后，ANSYS会输出结构的振动特性，包括固有频率、振型和振动模态。
可以使用POST命令查看和分析分析结果，例如绘制振动模态或振动模态的频率响应。
下面是一个实际的案例，将使用ANSYS执行模态分析并分析分析结果。
案例：矩形板的模态分析1.创建模型：在ANSYS界面中创建一个矩形板结构模型，包括矩形板的几何形状和材料属性等。
ANSYS模态分析
ANSYS模态分析ANSYS模态分析是一种用于计算和研究结构的振动和模态的仿真方法。
它可以帮助工程师和设计师了解结构在自由振动模态下的响应，从而优化设计和改进结构的性能。
本文将对ANSYS模态分析的原理和应用进行详细介绍。
ANSYS模态分析基于动力学理论和有限元分析。
在模态分析中，结构被建模为一个连续的弹性体，通过求解结构的固有频率和模态形状来研究其振动行为。
固有频率是结构在没有外力作用下自由振动的频率，而模态形状则是结构在每个固有频率下的振动形态。
模态分析可以帮助工程师了解结构在特定频率下的振动行为。
通过分析结构的固有频率，可以评估结构的动态稳定性。
如果结构的固有频率与外部激励频率非常接近，可能会导致共振现象，从而对结构造成破坏。
此外，模态分析还可以帮助识别结构的振动模态，并评估可能的振动问题和改进设计。
1.准备工作：首先，需要创建结构的几何模型，并进行必要的网格划分。
在几何模型上设置适当的约束条件和边界条件。
选择合适的材料属性和材料模型。
然后设置分析类型为模态分析。
2.计算固有频率：在模态分析中，需要计算结构的固有频率。
通过求解结构的特征值问题，可以得到结构的固有频率和模态形状。
通常使用特征值求解器来求解特征值问题。
3.分析结果：一旦得到结构的固有频率和模态形状，可以进行进一步的分析和评估。
在ANSYS中，可以通过模态形状的可视化来观察结构的振动模态。
此外，还可以对模态形状进行分析，如计算应力、变形和应变等。
ANSYS模态分析在许多领域都有广泛的应用。
在航空航天工程中，模态分析可以用于评估飞机结构的稳定性和航空器的振动特性。
在汽车工程中，可以使用模态分析来优化车身结构和减少共振噪音。
在建筑工程中，可以使用模态分析来评估楼房结构的稳定性和地震响应。
总之，ANSYS模态分析是一种重要的结构动力学仿真方法，可以帮助工程师和设计师了解结构的振动特性和改善设计。
通过模态分析，可以预测共振问题、优化结构设计、提高结构的稳定性和性能。
ANSYS-模态分析 介绍
模态分析总论
• 运动学基本方程: }+ [C]{u }+ [K ]{u} = {F(t )} [M ]{ u • 假定自由振动并忽略阻尼:
}+ [K ]{u} = {0} [M ]{ u
2
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 假定谐波形式响应 (u = U sin( ωt ) )
其它分析选项
• 集中质量矩阵：
– –
Training Manual
DYNAMICS 11.0
主要用于细长梁或薄壳，或者波传播问题； 对 PowerDynamics 法，自动选择集中质量矩阵。 用于计算具有预应力结构的模态（以后讨论）。 阻尼仅在选用阻尼模态提取法时使用； 可以使用阻尼比α阻尼和β阻尼； 对BEAM4 和 PIPE16 单元，允许使用陀螺阻尼。
Training Manual
第二章 模态分析
模态分析总论
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 模态分析用来确定结构的振动特性的一种技术:
– 固有频率 – 振型 – 模态参与因子（结构振型在给定方向的参与程度)
• 是其他动力学分析的起点和基础.
模态分析总论
• 模态分析工程应用
DYNAMICS 11.0
子空间法
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 子空间法 ：比较适合于提取类似中型到大型 模型的较少的振型 （<40）
– 需要相对较少的内存； – 实体单元和壳单元应当具有较好的单元形状，要对 任何关于单元形状的警告信息予以注意； – 在具有刚体振型时可能会出现收敛问题； – 建议在具有约束方程时不要用此方法。
ANSYS模态分析教程及实例讲解解析
ANSYS模态分析教程及实例讲解解析ANSYS是一个广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以用于各种结构的模态分析，包括机械结构、建筑结构、航空航天结构等。
模态分析是通过计算结构的固有频率和振动模态，用于评估结构的动力特性和振动响应。
以下是一个ANSYS模态分析的教程及实例讲解解析。
一、教程：ANSYS模态分析步骤步骤1：建立模型首先，需要使用设计软件绘制或导入一个几何模型。
然后，在ANSYS中选择适当的单元类型和材料属性，并创建适当的网格。
确保模型的几何形状和尺寸准确无误。
步骤2：约束条件在进行模态分析之前，需要定义适当的约束条件。
这些条件包括固定支持的边界条件、约束点的约束类型、约束方向等。
约束条件的选择应该与实际情况相符。
步骤3：施加载荷根据实际情况，在模型上施加适当的载荷。
这些载荷可以是静态载荷、动态载荷或谐振载荷，具体取决于所要分析的问题。
步骤4：设置分析类型在ANSYS中，可以选择多种不同的分析类型，包括静态分析、模态分析、动态响应分析等。
在进行模态分析时，需要选择模态分析类型，并设置相应的参数。
步骤5：运行分析设置好分析类型和参数后，可以运行分析。
ANSYS将计算结构的固有频率和振动模态。
运行时间取决于模型的大小和复杂性。
步骤6：结果分析完成分析后，可以查看和分析计算结果。
ANSYS将生成包括固有频率、振动模态形态、振动模态形状等在内的结果信息。
可以使用不同的后处理技术，如模态形态分析、频谱分析等，对结果进行更详细的分析。
二、实例讲解：ANSYS模态分析以下是一个机械结构的ANSYS模态分析的实例讲解：实例：机械结构的模态分析1.建立模型：使用设计软件绘制机械结构模型，并导入ANSYS。
2.约束条件：根据实际情况，将结构的一些部分设置为固定支持的边界条件。
3.施加载荷：根据实际应用，施加恰当的静态载荷。
4.设置分析类型：在ANSYS中选择模态分析类型，并设置相应的参数，如求解方法、迭代次数等。
ANSYS入门——模态分析步骤与实例详解
ANSYS入门——模态分析步骤与实例详解模态分析是ANSYS中的一项重要功能，它用于分析结构的模态特性，如固有频率、模态形态、振型等。
下面将详细介绍ANSYS中模态分析的步骤与实例。
1.准备工作：在进行模态分析前，首先需要完成模型的几何建模、模型的网格划分、边界条件的设定和材料属性的定义等准备工作。
2.设置分析类型：在ANSYS中，可以使用分析类型工具条或命令行指令设置分析类型。
对于模态分析，可以选择"Modal"。
选中“Modal”选项后，会弹出新窗口，用于设置分析的参数。
可以设置计算的模态数目、输出结果的范围、频率的单位等。
3.定义约束条件：在模态分析中，需要定义结构的约束条件，以模拟实际情况。
常见的约束条件有固定支撑、自由边界、对称几何等。
可以使用ANSYS中的约束条件工具条或命令行指令进行定义。
4.定义激励条件：在模态分析中，可以定义激励条件，以模拟结构在特定频率下的振动情况。
常见的激励条件有振动源、压力载荷、重力载荷等。
可以使用ANSYS中的激励条件工具条或命令行指令进行定义。
5.执行分析：完成上述设置后，点击分析工具条中的“运行”按钮，开始执行模态分析。
ANSYS会根据所设定的参数进行计算，并输出相应的结果。
6.结果展示与分析：模态分析完成后，可以查看分析结果并进行进一步的分析。
ANSYS会输出各模态下的固有频率、模态振型、模态质量、模态参与度等信息。
接下来，我们以一个简单的悬臂梁的模态分析为例进行详解。
1.准备工作：在ANSYS中绘制悬臂梁的几何模型，并进行网格划分。
设定材料属性、加载条件和边界条件。
2.设置分析类型：在ANSYS主界面上选择“Workbench”，然后点击“Ana lysis Systems”工具条中的“Modal”选项。
3.定义约束条件：设置悬臂端点的约束条件为固定支撑。
可以使用ANSYS中的“Fixed Support”工具进行设置。
4.定义激励条件：在此示例中，我们只进行自由振动分析，不设置激励条件。
ANSYS模态分析教程及实例讲解
结构动态特性的改善方法
增加结构阻尼
通过增加结构阻尼，可以有效地吸收和消耗振动能量，减小结构 的振动幅值和响应时间。
优化结构布局
通过合理地布置结构的质量、刚度和阻尼分布，可以改善结构的动 态特性，提高结构的稳定性和安全性。
加强关键部位
对于关键部位，应加强其刚度和稳定性，以减小其对整体结构的振 动影响。
ansys模态分析教程及实例讲解
目 录
• 引言 • ANSYS模态分析基础 • ANSYS模态分析实例 • 模态分析结果解读 • 模态分析的优化设计 • 总结与展望
01 引言
ห้องสมุดไป่ตู้
目的和背景
01
了解模态分析在工程领域的应用 价值，如预测结构的振动特性、 优化设计等。
02
掌握ANSYS软件进行模态分析的 基本原理和方法。
挑战
未来模态分析面临的挑战主要包括处理大规模复杂结构 、模拟真实环境下的动力学行为以及提高分析的实时性 。随着结构尺寸和复杂性的增加，如何高效地处理大规 模有限元模型和计算海量数据成为亟待解决的问题。同 时，为了更准确地模拟实际工况下的结构动力学行为， 需要发展更加逼真的边界条件和载荷条件设置方法。此 外，提高模态分析的实时性对于一些实时监测和反馈控 制的应用场景也具有重要的意义。
模态分析基于振动理论，将复杂结构系统分解为若干个独立的模态，每个模态具有 特定的固有频率和振型。
模态分析可以帮助工程师了解结构的动态行为，预测结构的振动响应，优化结构设 计。
模态分析的步骤
建立模型
施加约束
求解
结果分析
根据实际结构建立有限 元模型，包括几何形状、 材料属性、连接方式等。
根据实际工况，对模型 施加约束条件，如固定
ANSYS模态分析详细解释
Ansys模态分析详细论述1、有限元概述将求解域分解成若干小域，有限元模型由单元组成，单元之间通过节点连接，并承受载荷，节点自由度是随着连接该点单元类型变化的。
1.1分析前准备（1）研读相关理论基础；（2）参考别人的分析方法和思路；（3）考虑时间和设备，做适当的简化假设，设定条件、材料并决定分析方式；（4）了解力学现象、分析关键位置并预先评估。
1.2 Von Mises 应力Von Mises 应力是非负值，应力表达式可表示为：1.3结果的分析（1）建立疏密不同的三至五种网络，选择适中密度，不能以存在应力集中点处的结果做对比；（2）检验网格，分析结果的合理性，选择安全系数，并且要分析应力集中的真实性与危险性。
（3）接触收敛速度的提高：在不影响结构的前提下，控制或减少接触单元生成数目，并采用线性搜索，与打开自适应开关来提高收敛速度。
2、模态分析中的几个基本概念物体按照某一阶固有频率振动时，物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的，可以用一个向量表示，这个就称之为模态。
模态这个概念一般是在振动领域所用，可以初步的理解为振动状态，我们都知道每个物体都具有自己的固有频率，在外力的激励作用下，物体会表现出不同的振动特性。
2.1主要模态一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型；二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率的两倍时候出现，此时的振动外形叫做二阶振型，以依次类推。
一般来讲，外界激励的频率非常复杂，物体在这种复杂的外界激励下的振动反应是各阶振型的复合。
模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
有限元中模态分析的本质是求矩阵的特征值问题，所以“阶数”就是指特征值的个数。
将特征值从小到大排列就是阶次。
实际的分析对象是无限维的，所以其模态具有无穷阶。
ANSYS动力学分析指南——模态分析
ANSYS动力学分析指南——模态分析ANSYS动力学分析是一种用于评估和优化机械结构、系统或装置的动态性能的分析方法。
其中模态分析是其中一种常见的分析类型，通过模态分析可以获取结构的固有频率、振型和模态质量等信息，从而更准确地评估结构的动态响应。
下面是一个ANSYS动力学模态分析的步骤指南：1.导入几何模型：首先，需要将几何模型导入到ANSYS中。
可以使用ANSYS自带的几何建模工具创建模型，也可以从CAD软件中导入现有模型。
在导入几何模型时，需要确保模型的几何尺寸和几何形状正确无误。
2.建立材料属性：为了进行动力学分析，在模型中必须定义材料的属性。
这包括材料的密度、弹性模量、泊松比等。
如果需要考虑材料的各向异性，还需要定义合适的各向异性参数。
3.设置边界条件：为了模拟真实工程环境下的载荷作用，需要为模型设置适当的边界条件。
这包括固支约束、加载条件和约束条件等。
在模型中的各个节点上，需要确保边界条件的正确性和合理性。
4.选择求解器类型：ANSYS提供了多种求解器类型，可以根据实际需求选择合适的求解器。
在动力学模态分析中，通常使用的是频域求解器或模型超级定法(Modal Superposition Method)求解器。
5.网格划分：在进行动力学模态分析之前，需要对模型进行网格划分。
网格划分的目的是将连续的结构离散为有限的单元，从而对模型进行数值求解。
在网格划分时，需要根据模型的复杂程度和准确性要求进行适当的划分。
6.设置求解参数：在进行动力学模态分析之前，需要设置一些求解参数。
这包括求解器的收敛准则、求解的频率范围和预期的模态数量等。
这些参数的设置可以影响到求解结果的准确性和计算效率。
7.进行模态分析：设置好求解参数后，可以进行动力学模态分析。
在分析过程中，ANSYS会通过计算结构的固有频率和振型来评估结构的动态响应。
如果需要获取更多的信息，可以通过后处理功能查看模态质量、模态阻尼和模态形状等结果。
ANSYS模态分析
ANSYS模态分析首先，我们来了解一下ANSYS模态分析的原理。
模态分析的目标是找到系统的固有振动特性，包括自然频率、振型和振幅。
通过模态分析，可以确定系统的临界频率，从而避免共振现象的发生。
模态分析基于有限元法，将结构划分为多个有限元，然后在每个有限元上求解固有值问题。
在求解过程中，系统的刚度矩阵和质量矩阵起到了重要作用。
通过求解固有值问题，可以得到系统的自然频率和振型。
模态分析的步骤如下：1.创建模型：首先，需要创建一个准确的模型，包括结构的几何形状、材料属性和支撑约束。
2.网格划分：接下来，将结构划分为多个有限元，对结构进行网格划分。
划分的精度将直接影响到分析结果的准确性和计算的效率。
3.定义材料和边界条件：为模型中的每个有限元分配相应的材料属性，包括材料的弹性模量、泊松比和密度等。
然后，定义边界条件，包括结构的支撑约束和加载条件。
4.求解固有值问题：使用ANSYS软件中的模态分析模块进行求解。
该模块将自动构建刚度矩阵和质量矩阵，并求解固有值问题。
求解后，可以得到系统的自然频率和振型。
5.结果分析：最后，对模态分析的结果进行分析。
通过观察振型，可以了解结构的振动模式。
通过自然频率，可以判断结构的稳定性。
ANSYS模态分析的应用非常广泛。
在航空领域，它可以用于分析飞机结构的自然频率和振型，以确保结构的稳定性和安全性。
在汽车领域，它可以用于分析汽车的悬挂系统、底盘和车身等结构的自然频率和振型。
在建筑领域，它可以用于分析建筑物的振动响应，以确保结构的稳定性和抗震性能。
以下是一个实例，展示了ANSYS模态分析的具体应用：考虑一个简单的悬臂梁结构，长度为L，截面为矩形，宽度为b，高度为h。
悬臂梁的一个端点固定，另一个端点受到一个集中力P的作用。
首先，在ANSYS中创建该悬臂梁的几何模型，并进行网格划分。
然后，定义悬臂梁的材料属性，如弹性模量E和密度ρ。
接下来，定义边界条件，包括悬臂梁的支撑约束和加载条件。
ansys模态分析及详细过程
压电变换器的自振频率分析及详细过程1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。
ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。
2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。
(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。
(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。
指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。
指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用。
ANSYS模态分析教程及实例讲解
任何结构都具有其固有频率（固有周期），其值由其本身的结构所决定 自由振动是一种无衰减力的振动状态，它将永远不停地振动下去。
频率分析的相关知识
• 静力分析中，节点位移是主要的未知量。[K]d=F中[K]为刚度 矩阵，d为节点位移的未知量，而F为节点载荷的已知量。
要点：振动的形式（振形）称为振动模态。 一般从低频开始，称为1阶、2阶、3阶……固有频率，并且具
有与各个固有频率对应的振动模态。
频率分析的相关知识
• 共振（以荡秋千为例） –荡得好的人荡几下马上就能荡得很高
–这是因为与秋千摆动的节拍和时间配合起来的原因。 –换句话说，与秋千的固有频率（固有周期）相配合，这
– 小变形 – 弹性范围内的应变和应力 – 没有诸如两物体接触或分离时的刚度突变。
应力
弹性模量 (EX)
应变
准备工作
A. 哪种分析类型？
• 如果加载引起结构刚度的显著变化，必须进行 非线性分析。引起结构刚度显著变化的典型因 素有： – 应变超过弹性范围（塑性） – 大变形，例如承载的鱼竿 – 两体之间的接触
• 在动力学分析中，增加阻尼矩阵[C]和质量矩阵[M]
上式为典型的在有阻尼的交迫振动方程。当缺少阻尼及外力 时，该缺少阻尼及外力时（自由振动），该方程式简化为
频率分析的相关知识
• 固有振动模态（以弦的振动为例）
– 两端被固定住的弦，以手指弹一下张紧的弦，弦则振动 起来，振动在空气中传播发出声音。弦以下图所示的各
第三讲模态分析
• 在开始ANSYS分析之前，您需要作一些决定， 诸如分析类型及所要创建模型的类型。
• 标题如下：
ansys模态分析详解
ANSYS动力学分析指南作者: 安世亚太第一章模态分析§1.1模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。
阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。
后面将详细介绍模态提取方法。
§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。
同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。
后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。
而“模态分析实例（GUI方式）”则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。
（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。
<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。
§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。
ANSYS模态分析详细解释
Ansys模态分析详细论述1、有限元概述将求解域分解成若干小域，有限元模型由单元组成，单元之间通过节点连接，并承受载荷，节点自由度是随着连接该点单元类型变化的。
1.1分析前准备（1）研读相关理论基础；（2）参考别人的分析方法和思路；（3）考虑时间和设备，做适当的简化假设，设定条件、材料并决定分析方式；（4）了解力学现象、分析关键位置并预先评估。
1.2 Von Mises 应力Von Mises 应力是非负值，应力表达式可表示为：1.3结果的分析（1）建立疏密不同的三至五种网络，选择适中密度，不能以存在应力集中点处的结果做对比；（2）检验网格，分析结果的合理性，选择安全系数，并且要分析应力集中的真实性与危险性。
（3）接触收敛速度的提高：在不影响结构的前提下，控制或减少接触单元生成数目，并采用线性搜索，与打开自适应开关来提高收敛速度。
2、模态分析中的几个基本概念物体按照某一阶固有频率振动时，物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的，可以用一个向量表示，这个就称之为模态。
模态这个概念一般是在振动领域所用，可以初步的理解为振动状态，我们都知道每个物体都具有自己的固有频率，在外力的激励作用下，物体会表现出不同的振动特性。
2.1主要模态一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型；二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率的两倍时候出现，此时的振动外形叫做二阶振型，以依次类推。
一般来讲，外界激励的频率非常复杂，物体在这种复杂的外界激励下的振动反应是各阶振型的复合。
模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
有限元中模态分析的本质是求矩阵的特征值问题，所以“阶数”就是指特征值的个数。
将特征值从小到大排列就是阶次。
实际的分析对象是无限维的，所以其模态具有无穷阶。
ANSYS模态分析详
ANSYS模态分析详解1. 简介ANSYS是一款常用的工程仿真软件，其模态分析功能能够帮助工程师快速分析和优化结构的自振频率和振型，进而提高结构的可靠性和性能。
本文将详细介绍ANSYS模态分析的原理、操作步骤和实际应用。
2. 模态分析原理模态分析是一种通过分析结构的固有振动特性来研究结构的方法。
在模态分析中，首先需要建立结构的有限元模型，然后通过求解结构的固有频率和振型，得到结构的模态数据，包括自振频率、自振模态和模态质量等。
结构的固有频率和振型是结构设计和安全评估的重要依据。
3. 模态分析步骤3.1. 几何建模在进行模态分析之前，需要首先进行结构的几何建模。
ANSYS提供了强大的几何建模工具，可以通过手工绘制、导入CAD模型或直接建立几何实体进行建模。
建模过程中需要注意几何的精确性和几何尺寸的准确性。
3.2. 材料属性设置对于模态分析来说，材料的物理属性是非常重要的。
在ANSYS中，可以通过定义材料属性来描述材料的力学性能，包括弹性模量、泊松比、密度等。
合理的材料属性设置可以更准确地预测结构的固有频率。
3.3. 约束和加载条件设置在模态分析中，需要设置结构的约束和加载条件。
约束条件可以是支撑约束、固连约束或自由约束，加载条件可以是点载荷、面加载或体加载。
通过合理的约束和加载条件设置，可以模拟实际工况下的结构响应。
3.4. 网格划分与单元属性设置在进行模态分析之前，还需要对结构进行网格划分和单元属性设置。
ANSYS提供了多种网格划分算法和单元类型，可以根据结构的几何形状和材料特性选择合适的划分算法和单元类型。
合理的网格划分和单元属性设置可以提高计算的精度和效率。
3.5. 模态求解与后处理在完成前面的准备工作之后，可以开始进行模态分析了。
ANSYS提供了多种求解方法，包括隐式求解和显式求解。
通过求解结构的特征方程，可以得到结构的固有频率和振型。
模态分析的后处理包括振型显示、振动模态验证和模态参数输出等。
ansys有限元模态分析详解
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ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析 – 术语和概念
… 模态提取法 – 缩减法
培训手册
• 如果模型中的集中质量不会引起局部振动，例如象梁和杆那样，可以使 用缩减法：
ANSYS80模态分析——段志东制作
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ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析 – 术语和概念
模态提取法
培训手册
• 在ANSYS中有以下几种模态提取方法：
– 分块Lanczos 法（缺省） – 子空间法 – PowerDynamics法 – 缩减法 – 非对称法 – 阻尼法(full) – QR 阻尼法
演 化
K 2Mu 0
• 这个方程的根是 i， 即特征值， i 的范围从1到自由度的数目， 相 应的向量是 {u}I， 即特征向量。
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ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析
… 术语与概念
培训手册
• 特征值的平方根是 i ，它就是结构的自然圆频率（弧度/秒）。并可得出 自然频率 fi = i /2p（圈/秒）。 自然频率 fi 可以由用户输入和用ANSYS 输出。
培训手册
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模态分析 – 术语和概念
… 模态提取法 – 子空间法
• 子空间法比较适合于提取中大模型中的较少模态（<40）
– 需要相对较少的内存，较大的磁盘空间 – 在具有刚体模态时可能会有收敛问题 – 建议在具有约束方程时不要用此法 – 通常被分块Lanczos 法取代 – 用于大型对称特征值问题
ansys有限元模态分析详解
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
•
定义结构振动特性的方法：
– 固有频率 – 模态形式 – 模态参与因子（在特定方向上某个模态的参与的程度）
•
模态分析是各种动力学分析类型最基础的内容。
1-3
模态分析
… 定义和目的
模态分析的优点
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
• 使结构设计避免共振或按特定频率进行振动（例如扬声器） • 使工程师可以认识到对于不同类型的动力载荷结构是如何响应的 • 有助于在其它动力分析中估算求解控制参数（如时间步长）
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模态分析 – 术语和概念
模态提取法
• 在ANSYS中有以下几种模态提取方法：
– – – – – – – 分块Lanczos 法（缺省） 子空间法 PowerDynamics法 缩减法 非对称法 阻尼法(full) QR 阻尼法
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
•
使用何种模态提取方法主要取决于模型大小（相对于计算机的计算能 力而言）和具体的应用场合
培训手册
1-11
ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析 – 术语和概念
… 模态提取法 – 缩减法
• 如果模型中的集中质量不会引起局部振动，例如象梁和杆那样，可以使 用缩减法：
– 内存和磁盘要求较低
– 它是所有方法中最快的 – 使用矩阵缩减法，即选择一组主自由度来减小[K]和[M]的大小 – 缩减的刚度矩阵[K]是精确的，但缩减的质量矩阵[M]是近似的 – 质量矩阵[M]精确程度取决于主自由度的数目和位置 – 通常不推荐使用，因为： • 在选择主自由度需要有很高的要求 • 分块Lanczos 法能有效的取代该方法 • 降低了硬件的花费
ANSYS模态分析实例和详细过程
ANSYS模态分析实例和详细过程ANSYS是一款被广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以进行多种不同类型的分析，包括模态分析。
模态分析是通过对结构进行振动分析，计算得到结构的固有频率、振型和阻尼比等参数，对结构的动力响应进行预测和分析。
本文将介绍ANSYS模态分析的实例和详细过程。
一、模态分析实例假设我们有一个简单的悬臂梁结构，长度为L，横截面面积为A，杨氏模量为E，密度为ρ。
我们想要计算该梁结构的固有频率、振型和阻尼比等参数，以评估其动力特性。
二、模态分析过程1.准备工作在进行模态分析之前，我们需要先准备好结构的有限元模型。
假设我们已经完成了悬臂梁结构的几何建模和网格划分，并且已经定义好了材料属性和约束条件。
2.设置分析类型和求解器打开ANSYS软件，并选择“Structural”工作台。
在“Analysis Settings”对话框中，选择“Modal”作为分析类型。
然后，在“Analysis Type”对话框中选择“Modes”作为解决方案类型。
3.定义求解控制参数在“Analysis Settings”对话框中，点击“Solution”选项卡。
在该选项卡中，我们可以定义求解控制参数，例如计算模态频率的数量、频率范围和频率间隔等。
4.添加约束条件在模态分析中，我们需要定义结构的边界条件。
假设我们对悬臂梁的一端施加固定边界条件，使其不能在该位置发生位移。
我们可以在“Model”工作区中选择相应的表面，然后右键点击并选择“Fixed”。
5.添加载荷在模态分析中，我们通常可以不添加外部载荷。
因为模态分析着重于结构的固有特性，而不是外部激励。
6.定义材料属性在模态分析中，我们需要定义材料的弹性性质。
假设我们已经在材料库中定义了结构所使用的材料，并在“Model”工作区中选择了适当的材料。
7.运行分析完成以上设置后，我们可以点击“Run”按钮开始运行分析。
ANSYS将计算结构的固有频率、振型和阻尼比等参数。
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• 实数部分表示稳定性，负值表示稳定，正值表示不稳定
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模态分析
段志东
模态分析
培训手册
A. 模态分析定义和目的
ANSYS80模态分析——段志东制作
B. 讨论相关的概念、术语及模态提取方法 C. 学习怎样在ANSYS中做模态分析 D. 一到两个模态分析习题
E. 模态分析高级主题
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模态分析
A. 定义和目的
• 什么是模态分析？
– 模态分析可以用来确定研究对象的振动特性，是其它动力学分析的起点。
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
•
定义结构振动特性的方法：
– 固有频率 – 模态形式 – 模态参与因子（在特定方向上某个模态的参与的程度）
•
模态分析是各种动力学分析类型最基础的内容。
1-3
模态分析
… 定义和目的
模态分析的优点
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
• 使结构设计避免共振或按特定频率进行振动（例如扬声器） • 使工程师可以认识到对于不同类型的动力载荷结构是如何响应的 • 有助于在其它动力分析中估算求解控制参数（如时间步长）
建议： 由于结构的振动特性决定了结构对于各种动力载荷的响应情况，
所以在准备进行其它动力分析之前首先要进行模态分析。
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模态分析
B. 术语与概念
• 动力学通用运动方程：
培训手册
Cu Ku Ft M u
• 假定为自由振动并忽略阻尼：
ANSYS80模态分析——段志东制作
培训手册
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ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析 – 术语和概念
… 模态提取法 – 非对称法
培训手册
• 非对称法适用于声学问题（具有结构藕合作用）和其它类似的具有非对称 质量矩阵[M]和刚度矩阵[K] 的问题：
– 计算以复数表示的特征值和特征向量
• 实数部分就是自然频率 • 虚数部分表示稳定性，负值表示稳定，正值表示不确定
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ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析 – 术语和概念
… 模态提取法 – 阻尼法
• 在模态分析中一般忽略阻尼，但如果阻尼的效果比较明显，就要使用阻 尼法：
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
– 主要用于回转体动力学中，这时陀螺阻尼应是主要的 – 在ANSYS的BEAM4和PIPE16单元中，可以通过定义实常数中的SPIN（旋转速度 ，弧度/秒）选项来说明陀螺效应 – 计算以复数表示的特征值和特征向量
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模态分析 – 术语和概念
模态提取法
• 在ANSYS中有以下几种模态提取方法：
– – – – – – – 分块Lanczos 法（缺省） 子空间法 PowerDynamics法 缩减法 非对称法 阻尼法(full) QR 阻尼法
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
•
使用何种模态提取方法主要取决于模型大小（相对于计算机的计算能 力而言）和具体的应用场合
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
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模态分析 – 术语和概念
… 模态提取法 – 子空间法
• 子空间法比较适合于提取中大模型中的较少模态（<40）
– – – – – 需要相对较少的内存，较大的磁盘空间 在具有刚体模态时可能会有收敛问题 建议在具有约束方程时不要用此法 通常被分块Lanczos 法取代 用于大型对称特征值问题
Ku 0 M u
• 假定谐运动 (即：
2
u U sin( t )
)
K Mu 0
模 态 分 析 方 程 演 化
• 这个方程的根是 i， 即特征值， i 的范围从1到自由度的数目， 相 应的向量是 {u}I， 即特征向量。
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模态分析
… 术语与概念
•
培训手册
特征值的平方根是 i ，它就是结构的自然圆频率（弧度/秒）。并可得出 自然频率 fi = i /2p（圈/秒）。 自然频率 fi 可以由用户输入和用ANSYS 输出。 ANSYS输出的是自然频率fi ，而不是圆频率i 。 特征向量 {u}i 表示振型， 即假定结构以频率 fi振动时的形状
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模态分析 – 术语和概念
… 模态提取法 - 分块Lanczos 法
• 分块Lanczos 法可以在大多数应用场合下使用。
– – – – – – 用于大型对称特征值问题，采用稀疏矩阵求解器 当需提取很多阶振型时（40+），这种方法很有效 经常应用在具有实体单元/壳单元/梁单元等复杂模型中 是在一个频率范围内模态的有效提取法 可以有效处理约束方程 很好地处理刚体模态
培训手册
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ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析 – 术语和概念
… 模态提取法 – 缩减用缩减法：
– 内存和磁盘要求较低
– 它是所有方法中最快的 – 使用矩阵缩减法，即选择一组主自由度来减小[K]和[M]的大小 – 缩减的刚度矩阵[K]是精确的，但缩减的质量矩阵[M]是近似的 – 质量矩阵[M]精确程度取决于主自由度的数目和位置 – 通常不推荐使用，因为： • 在选择主自由度需要有很高的要求 • 分块Lanczos 法能有效的取代该方法 • 降低了硬件的花费
ANSYS80模态分析——段志东制作
• •
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模态分析
… 术语与概念（接上页）
• •
培训手册
模态提取 是用来描述特征值和特征向量计算的术语。 ANSYS80模态分析——段志东制作 模态扩展有两重含义。对于缩减法，模态扩展是从缩减模态形式计算全
模态形式；对于其它的方法，模态扩展仅仅是表示把模态形式写入结果 文件。
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ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析 – 术语和概念
… 模态提取法 – PowerDynamics法
• PowerDynamics 法适用于提取很大的模型（100，000个自由度以上）的 较少振型（< 20）， 这种方法明显比分块Lanczos法或子空间法快，但 是：
– – – – 需要很大的内存 当单元形状不好或出现病态矩阵时，用这种方法可能不收敛 可能丢失某些模态（没有Sturm系列检查） 建议只将这种方法作为对大型模型的一种备用方法