ANSYS_模态综合法技术
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
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。
模态综合法在ANSYS中的应用
模 态 综 合 法 在 Ａ Ｓ Ｓ中的应 用 ＮＹ
宋景涛 ， 方明霞ຫໍສະໝຸດ （ 同济大学 航 空航天 与力学学院 ， 海 上 ２０ ９ ） ０ ０ ２
摘
要 ： 对子 结构 分析 理论 日趋 成 熟并 广泛 应 用 于结构 分析计 算 ， 对 Ａ Ｓ Ｓ相 关具 体操 作 论 针 但 ＮＹ
述较 少的情 况 ， 绍子 结 构 分 析 方 法 ， 点 阐述 固定界 面模 态 综 合 法 （ ｏ ｏ ｅｔＭ ｄ ｙ ｔｅｉ， 介 重 Ｃ ｍｐｎ ｎ ｏ ｅＳ ｎｈ ｓ ｓ
Ｃ ） Ａ Ｓ Ｓ中的应 用及其 使 用要 点 和操 作 步 骤 ．通 过 对 某舵 机 基 座 的计 算 与 分 析 ， 比有 限 ＭＳ 在 Ｎ Ｙ 对 元 分析结 果和 模 态综合 法 结果 ， 明该 方法 具有 实用性． 说 关键 词 ：固定界 面 ； 态综合 法 ； 结构 ； 单 元 ； 限元 ； Ｎ Ｙ 模 子 超 有 Ａ ＳＳ
ｐｉ ｔ ｎｏ ｏ ｐ ｎ ｎ Ｍｏ ｅＳ ｎｈｓ Ｃ ）ｗｔ ｘｄ ｉｔ ｆｃ Ｎ Ｙ ｎ ｔ ｒｌ ｅ ｐ ｒｔ ｎ ｌ ａｉ ｆ ｍ ｏ ｅ ｔ ｄ ｙ ｔｅｉ ｃ ｏ Ｃ ｓ（ ＭＳ ｉ ｆ ｅ ｎｅ ａ ｅｉ Ａ Ｓ Ｓａ ｄ ｉ ｅ ｔｄｏ ｅａｉ ｈｉ ｒ ｎ ｓ ａ ｏ
工程 领域 ．
大 、 杂 ， 工程 中常需 要快 速准 确 地 分 析 、 算 并 复 而 计
预 测大 型复 杂结 构 的 动 态特 性 ． 在对 一些 大 型复 杂 的结构 ， 如某 些柴 油机 的机 体 、 缸盖 和 曲轴 等进行 动
力分 析 和动 态设计 时 ， 自由度数 高 达几万 、 至几 十 甚 万个 ， 此大 的计 算量 令人难 以想像 ， 须对 自由度 如 必 进行 有效 缩减 ， 是 出现动 态子 结构 法 ． 于 分析 复杂 结 构 最基本 的指 导思 想 是 “ 先修 改后 复原 ” 就是 按照 ，
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_模态综合法技术
表 2 双层框架的频率
阶数 1 2 3 4 5 6
全模型计算 22.413 29.210 72.101 79.336 89.325 115.32
模态综合法 22.346 29.963 72.426 79.937 89.367 115.853
实测 22.6 29.6 73.3 81.6 90.8 115.5
1) 基于子结构技术，可以计算超大模型，计算精度高； 2) 可以节省大量的计算时间和计算机资源，提高效率； 3) 可以灵活修改大系统的子系统设计。修改了子系统的结构后，只需要计算修改
的子系统，然后重新集合各个子系统。而无需对整体结构重新全部计算，减少 计算时间。 因此，对于复杂大型结构，如飞机、车辆、船舶、高层建筑等结构，采用 ANSYS 模态综合法来对结构进行模态分析，可以在精度和计算速度上得到较好的解决方案。
Z Y X
图 6 双层框架结构图和第一阶振型
图 7 模态综合法计算飞机的模态
3. 模态综合法的应用： 图 7 的飞机模型采用模态综合法来计算结构固有频率。首先是将整机结构分成多个 子结构，机翼部分被分成三个子结构，机身分成三个子结构，尾翼单独作为一个子结构。 然后分别对每个子结构进行求解，将各个子结构集合成整个结构系统。求解方法采用固 定界面模态综合法。
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表 1 不同方法音叉的频率
阶数
全模型计算
1
204.96
2
654.40
3
1326.91
4
2118.15
5
3023.32
6
3427.11
模态综合法 204.96 654.37 1326.89 2118.13 3023.25 3427.21
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 Mechannical RIgiddynamics 模态综合法CMS
3
© 2017 ANSYS, Inc.
• CMS in RBD key features:
–Previously, the CMS feature could only be accessed using MAPDL
September 28, 2018
Peformance Results
RPMs vs. Time
16
© 2017 ANSYS, Inc.
September 28, 2018
Torque vs. Time
Summary...
The CMS feature introduces the capability to incorporate flexible bodies in Rigid Body Dynamics in ANSYS Workbench, and allows the use of the RBD solver to obtain fast solves for both kinematics and stresses in select parts
Part Definitions
8
© 2017 ANSYS, Inc.
September 28, 2018
Stiffness behavior for individual or multiple parts can be set to “Flexible” and assigned materials from the Engineering Data Application
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
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。
4. 阻尼法(damped)：该方法用于结构系统具有阻尼现象时，其特征值为复数，虚数部分为自然频率；实数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。
5. 分块兰索斯法(block lanczos)：该方法用于大型结构对称的质量及刚度矩阵，和次空间方法相似，但收敛性更快。
6. 快速动力法(power dynamics method)：该方法用于非常大的结构（自由度大于100,000）且仅需最小几个模态。
ANSYS模态分析
4
理论模态分析
••
•
M x(t)C x(t)K x(t)f(t)
物 理 振 动 方 程
x(t)u
坐 标 变 换 方 程
••
•
2
2 0
r
rr r
rr
解 耦 微 分 方 程
5
总而言之，模态分析方法就是以系统的各 阶主振型所对应的模态坐标来代替物理坐 标，使微分方程解耦，变成各个独立的微 分方程，从而求出各阶模态参数，进而求 出物理参数。理论上，获得了系统的各阶 模态即可通过线性组合得出系统任意激励 下的响应。一般，选取前几阶模态进行叠 加即可达到足够的精度。
物理参数模型
非参数模型
模态参数模型
模态参数模型
非参数模型
物理参数模型
2
物理参数模型
以质量、刚度、阻尼为特征参数的数学模型
模态参数模型
以模态频率、模态矢量（振型）和衰减系数为特征 参数的数学模型和以模态质量、模态刚度、模态 阻尼、模态矢量（留数）组成的另一类模态参数 模型
非参数模型 频响函数或传递函数、脉冲响应函数
6
有限元分析
有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系 统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单 而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限 数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂 形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
7
有限元分析流程
建立物理模 型
建立有限元 模型
划分的模型，频率值只是近似的，当存在重复的固有频率时，
可能会出现模态遗漏。
Reduced
适用于小到中等规模的模型（小于10000自由度）的模态提取。 低 低
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。
ANSYS模态分析实例和详细过程
ANSYS模态分析实例和详细过程下面是一个ANSYS模态分析的实例和详细过程：1.创建模型：使用ANSYS的几何建模工具，创建需要进行模态分析的结构模型。
模型可以包括不同的几何形状、材料属性和加载条件等。
2.定义材料属性：根据结构的材料特性，定义材料的弹性模量、泊松比和密度等参数。
这些参数将用于在分析中计算结构的响应。
3.网格划分：使用ANSYS的网格划分工具，将结构模型进行离散化处理，将其划分为小的单元网格，这些单元网格将用于进行数值计算。
4.定义加载条件：根据实际情况，定义结构的加载条件，包括外力、支持条件和约束等。
这些加载条件将作为分析的输入参数。
5.设置分析类型：在ANSYS的分析设置中，选择模态分析作为分析类型。
定义分析的参数，包括求解方法、迭代步数和计算精度等。
6.进行求解：点击ANSYS的求解按钮，开始进行模态分析的求解过程。
ANSYS将根据设定的求解参数，使用有限元法进行结构的动力学计算。
7.分析结果：模态分析完成后，ANSYS将生成一系列结果，包括结构的固有频率、模态振型、模态质量和模态阻尼等。
这些结果可以用于评估结构的振动特性和动力响应。
8.结果后处理：使用ANSYS的后处理工具，将分析结果进行可视化处理，绘制出结构的模态振型图和模态频率响应图等。
这些图形可以帮助工程师更好地理解结构的动力学特性。
以上是一个简单的ANSYS模态分析的实例和详细过程。
在实际应用中，根据具体情况可能需要进行更多的参数设置和后处理操作，以获取更准确和全面的分析结果。
同时，模态分析结果还可以用于其他工程分析，如结构的疲劳分析和振动控制等。
ansys固定界面模态综合法
229.5 281.3
207.3
229.5 281.5
由上表可以看出，ANSYS模态综合法具有较高的精度（保留一位小 数），前10阶频率基本上是一致的。在计算大型复杂结构，模态综合法可 以节省大量的计算时间和计算机资源，提高效率。
3、第一次坐标变换，建立子结构在模态坐标下的运动方程。
4、第二次坐标变换，建立总体结构的运动方程。（力平衡与位移协调） 5、再经过两次坐标反变换，求出整体系统在物理坐标下的振型。
2、固定界面模态综合法
3、第一次坐标变换，建立子结构在模态坐标下的运动方程。
u {u}= I =[]{p}=[ N uJ p C ] N = IN pC OJN IC pN p I JJ C
[ K * ] [T ]T [ K ' ][T ]
3、ANSYS FIXED-CMS法算例
ANSYS固定界面CMS法的实现步骤： 1、建立有限元模型 2、创建超单元（建立子结构） 3、使用超单元（子结构装配成总体分析） 4、扩展超单元（扩展到结构所有的自由度） 5、结果后处理
3、ANSYS FIXED-CMS法算例
扩展超单元part1
3、ANSYS FIXED-CMS法算例
5、结果后处理
/post1 cmsfile,add,e:/ansys13.0/cms2014/0406/part1.rst cmsfile,add,e:/ansys13.0/cms2014/0406/part2.rst
一阶振型
二阶振型
3、ANSYS FIXED-CMS法算例
{ 对界面的位移连续条件为：
( )
pc } {( ) pc } 从而得到第二次坐标变换
ansys固定界面模态综合法
图5.正方形悬臂板模型简图
1、建立有限元模型 单元类型：shell63 材料参数：ex2.1e11,prxy0.3,dens7300 几何建模 网格划分 建立组件：界面节点组件和子结构单元组件
'
'
[ K ' ] []T [ K ' ][] [ F ] []T [ f ]
2、固定界面模态综合法
由界面位移连续条件，以两个子结构α和β装配为例。它们的模态坐 标为： ( ) pk ( ) pk ( ) ( ) { p} ( ) { p} ( ) pc pc
229.5 281.3
207.3
229.5 281.5
由上表可以看出，ANSYS模态综合法具有较高的精度（保留一位小 数），前10阶频率基本上是一致的。在计算大型复杂结构，模态综合法可 以节省大量的计算时间和计算机资源，提高效率。
目前模态综合法按对接界面分为两类固定界面法自由界面法形成主模态集时约束界面自由度形成主模态集时不约束界面自由度无需确定刚体模态必须确定刚体模态对于低阶模态时推荐使用对于中高阶模态时推荐使用2固定界面模态综合法固定界面模态综合法的思想由hurty首先提出的后经过craig和bampton修改目前工程中常用的固定界面模态综合法实际上就是cb法基本过程
子结构2（part2）
3、ANSYS FIXED-CMS法算例
3、使用超单元 1、超单元类型
et,1,matrix50
2、选择子结构
se,part1 se,part2