ansys模态分析及详细过程
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
ansys经典界面模态计算步骤
ansys经典界面模态计算步骤
在ANSYS经典界面中进行模态计算时,一般需要按照以下步骤进行操作:
1. 准备几何模型,首先需要导入或创建要进行模态分析的几何模型。可以使用ANSYS中的几何建模工具创建模型,也可以导入其他CAD软件中创建的几何模型。
2. 定义材料属性,在进行模态分析之前,需要为几何模型定义材料属性,包括材料的密度、弹性模量、泊松比等。这些材料属性对于模态分析结果具有重要影响。
3. 设置边界条件,在模态分析中,需要为几何模型设置合适的边界条件,以模拟实际工况。这包括约束条件和加载条件,确保模型在分析过程中受到合适的约束和加载。
4. 网格划分,对几何模型进行网格划分,将其离散为有限元网格。网格划分的精细程度会影响分析结果的准确性和计算时间。
5. 设置模态分析类型,在ANSYS中,选择模态分析类型,包括
自由振动分析和弦振动分析等。根据实际情况选择合适的分析类型。
6. 求解和后处理,完成模态分析设置后,进行求解并进行后处理。在求解过程中,ANSYS会计算结构的固有频率和模态形态,后
处理则包括查看模态振型、模态频率等结果。
以上就是在ANSYS经典界面中进行模态计算的一般步骤。在实
际操作中,还需要根据具体情况进行调整和优化,以获得准确的模
态分析结果。
ANSYS模态分析
将模态阵型写入结果文件。 ➢ (3)参与系数
在给定方向上给定模态参与的程度。
10.2 模态分析的方法
• ANSYS14.5提拱了6种模态提取方法,它们分别是 ➢ 分块Lanczos法 ➢ PCG Lanczos法 ➢ 非对称法 ➢ 阻尼法 ➢ QR阻尼法 ➢ 超节点法。
10.4 模态分析过程
• (5)材料特性 ➢ GUI:【Main Menu】/【Preprocessor】/【Material Props】/【Material Models】 • (6)创建几何模型 ➢ GUI:【Main Menu】/【Preprocessor】/【Modeling】 • (7)网格划分 ➢ GUI:【Main Menu】/【Preprocessor】/【Meshing】
10.2 模态分析的方法
➢ (4)阻尼法(Damped) • Damped 法用于阻尼不可忽略的问题,例如轴承问题。阻尼法使用完整的刚度矩阵[K]、质量矩阵[M]、阻尼阵[C]。
采用Lanczos算法并计算得到复数特征值和特征向量。阻尼法也不能不进行Sturm序列检查,因此有可能遗漏一些高 频端模态。 • 特征值的实部代表系统的稳定性,虚部代表系统的稳态角频率。如果实部小于零,系统的位移幅度将EXP指数规律递 减,稳定响应;如果实部大于零,位移幅度将按指数规律递减,不稳定响应。如果不存在阻尼,特征值的实部将为零 。
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:
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。
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。
ANSYS模态分析教程及实例讲解
06 总结与展望
模态分析的重要性和应用领域
重要性和应用领域
模态分析是研究结构动力学特性的重要方法 ,广泛应用于航空航天、机械制造、交通运 输等领域。通过模态分析,可以了解结构的 固有频率、阻尼比和模态振型等参数,为结 构优化设计、振动控制和故障诊断提供依据 。
模态分析的应用
模态分析在结构健康监测、风洞实验、地震 工程和声学设计等领域也有广泛应用。例如 ,在风洞实验中,通过模态分析可以了解飞 行器在气流中的振动特性,为飞行器的气动
约束、弹性约束等。
通过ANSYS软件进行模 态分析计算,求解结构 的固有频率和模态振型。
对求解结果进行分析, 了解结构的振动特性, 评估结构的动态性能。
模态分析的约束和载荷
约束条件
约束条件是限制结构运动的条件,如 固定约束、弹性约束等。合理的约束 条件设置可以保证求解结果的准确性 。
载荷条件
载荷条件是作用在结构上的力或力矩 ,如重力、外部激励等。在模态分析 中,通常只考虑惯性载荷和阻尼载荷 。
主模态
主模态是指在模态分析结果中具有最高固有 频率的模态,通常代表了结构系统的基本振 动形态。在ANSYS模态分析中,主模态的 分析结果具有重要的工程意义,因为它反映 了结构系统的基本振动特性。
05 模态分析的优化设计
基于模态分析的结构优化设计
优化设计目标
通过模态分析,确定结构的固有 频率和振型,以改善结构的动态 特性,提高结构的稳定性和安全 性。
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。
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:
(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程
均匀直杆的子空间法模态分析
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。
ANSYS模态分析教程及实例讲解(共74张PPT)
模态分析的选项
新的分析类型 模态分析
模态提取方法 模态提取的阶数
模态扩展的阶数 质量矩阵归一化 预应力效果计算
下面将详细介绍各个选项的使用!
选择新的分析
模态提取方法
分块兰索斯法,大型对称特征值问题,较快 子空间法,大型对称特征值问题 适用非常大的模型,采用集中质量矩阵 减缩的系统矩阵求解,速度快,精度相对低 非对称系统矩阵问题,例如流固耦合 阻尼不可忽略的问题 减速的阻尼矩阵计算复杂阻尼问题,更高效
流体分析:
气体或液体的运动,或包容的气体/流体
耦合场:
上述分析的任意组合
在这里,我们将集中讨论结构分析。
准备工作
哪种分析类型?
当您选择了结构分析,接下来的问题是: ➢静力还是动力分析? ➢线性还是非线性分析?
要回答这些问题,先要知道物体承受什么样的激励( 载荷),因为下述三种类型的力决定了它的响应
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)。
建议:由于结构的振动特性决定结构对于各 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。
ANSYS模态分析教程及实例讲解(共74张)
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。
第17页,共74页。
频率分析的相关(xiāngguān)知识
设计就要避免出现共振现象
➢ 洗衣机脱水结束,马达的转速低下来时,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。
频率分析的相关(xiāngguān)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。
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
第19页,共74页。
频率分析的相关(xiāngguān)知识
频率分析就是计算结构的共振频率及对应振动模态,不计算位移和应 力
固有频率:结构趋向于振荡的频率,固有的振动频率。
➢ 基本频率:最低的固有频率 固有振动模态:特定的固有频率对应唯一的振动形式。
➢ 每种模态对应着特定的固有频率
第20页,共74页。
例如:考虑跳水板的分析
➢如果潜水者静止地站在跳水板上,做 一个静力分析已经足够了。
➢但是如果潜水者在跳水板上下跳动, 必须进行动力分析
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。
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。
ANSYS模态分析方法与步骤
模态分析方法与步骤
一、模态分析包括下列6种方法,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。
1.缩减法(reduced):
该方法为一般结构最常用的方法之一。其原理是在原结构中选取某些重要的节点为自由度,称为主自由度(master degree of freedom),再用该主自由度来定义结构的质量矩阵及刚度矩阵并求出其频率及振动模态,进而将其结果扩展至全部结构。在解题过程中该方法速度较快,但其答案较不准确。
主自由度的选择依照所探讨的模态、结构负载的情况而定:
a. 主自由度的个数至少为所求频率个数的两倍。
b. 选择主自由度的方向为结构最可能振动的方向。
c. 主自由度节点位于较大质量或转动惯量处及刚性较低位置。
d. 如果弯曲模态为主要探讨模态,则可省略旋转自由度。
e. 主自由度的节点位于施力处或非零位移处。
f. 位移限制为零的位置不能选为主自由度节点,因为这种节点具有高刚性的特性。可以用M命令来定义主自由度。此外,也可由ANSYS自动选择自由度。
2. 子空间迭代法(subspace):
通常用于大型结构中,仅探讨前几个振动频率,所得到结果较准确,不需要定义主自由度,但需要较多的硬盘空间及CPU时间。求取的振动模态数应该小于模型全部自由度的一半。
3. 不对称法(unsymmetrical):
该方法用于质量矩阵或刚度矩阵为非对称时,例如转子系统。其特征值(eigenvalue)为复数,实数部分为自然频率;虚数部分为系统的稳定度,正值表示不稳定,负值表示稳定。
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
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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。
施加约束,Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。
求解,Main Menu-Solution-Solve-Current LS。
(3).扩展模态
如果要在POSTI中观察结果,必须先扩展模态,即将振型写入结果文件。过程包括重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。
激活扩展处理及其选项,Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes。
指定载荷步选项。
扩展处理,Main Menu-solution-Solve-Current LS。
注意:扩展模态可以如前述办法单独进行,也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。本例即采用了后面的方法
(4).查看结果
模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等
所有图片大小可以自己调节
实例
1.在开始菜单中启动Mechanical APDL Product launcher,如图1所示其中Working Directory
代表你的工作路径,也就是所有ansys的生成文件都存在这个文件加下。而job Name 就代表你所做实例的名字,实例中我们将目录设为F盘,工作名设为model2.最后点击run运行进入ansys界面。如图2所示。
图2
2.定义单元类型
拾取菜单Main M--Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete,如图3所示。然后单击,
图3
然后单击add按钮。如图4所示,单击ok ,选择solid5单元,这样就完成了对单元的选择。然后再单击图3中的close按钮。
图4
3.定义材料属性
拾取菜单Main Menu-Preprocessor--Material Props-Material Models.弹出对话框,如图5所示。定义相对介电常数。在右侧列表中依次双击"electromagnetic", "relative permittivity", "orthotropic".输入相关参数。
图5
在右侧再点击Density,如图6所示。定义材料的密度。密度为7500,单击ok。
图6
在右侧在依次点击“Piezoelectrics”“Piezoelectric matrix”定义压电应力矩阵,如图7所示。输入相关参数。单击ok。
图7
在右侧列表中依次双击"Structural", "Linear", "Elastic", "Anisotropic"如图8所示,定义各向异性弹性矩阵设置,输入参数,单击ok。
图8
点击Material-Exit完成对材料的定义。
4.建模
选取菜单Parameters-Scalar Parameters 在selection中输入L=10E-3然后点击accept,再输
入h=20e-3,点击accept,按照相同的步骤输入,w=10e-3,a3=1000.如图9所示。
图9
点击close。
拾取菜单Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- Keypoints-In Active CS 弹出对话框,如图10所示,输入1,创建关键点1,坐标为0,0,0.点击apply。
图10
再输入如图11所示
图11
点击apply。输入图12所示。