ANSYS-Workbench-杆的模态分析
ANSYSWorkbench梁壳结构谱分析（二）模态分析
ANSYSWorkbench梁壳结构谱分析（二）模态分析ANSYS Workbench梁壳结构谱分析（二）模态分析1 概述模态分析是动力学分析基础，如响应谱分析、随机振动分析、谐响应分析等都需要在模态分析基础上进行。
模态分析简而言之就是分析模型的固有特性，包括频率、振型等。
模态分析求解出来的频率为结构的固有频率，与外界的激励没有任何关系，不管有无外界激励，结构的固有频率都是客观存在的，它只与刚度和质量有关，质量增大，固有频率降低，刚度增大，固有频率增大。
一般情况，当外界的激励频率等于固有频率时，结构抵抗变形能力小，变形很大（产生共振原因）；当外界激励频率大于固有频率时，动刚度（动载荷力与位移之比）大，不容易变形；当外界激励频率小于固有频率时，动刚度主要表现为结构刚度；当外界激励频率为零时，动刚度等于静刚度。
2 模态分析该模型框架采用Beam188单元模拟，外表面采用Shell181单元模拟。
该结构的总重量为800kg，分析时将其他附件的质量均布在框架上。
边界条件为约束机柜与地面基础连接螺栓处的6个自由度（Remote Displacement）。
具体建模过程详见《ANSYS Workbench梁壳结构谱分析（一）梁壳建模》或点击下方阅读原文获取。
模态分析详细过程如下：（1）划分网格：单击【Mesh】，右键【Insert】=Sizing，设置【Scope】→【Geometry】=选取所有部件，【Definition】→【Type】→【Element Size】=20。
单击【Mesh】，右键【Generate Mesh】生成网格。
（2）边界条件：单击【Modal (B5)】，右键【Insert】→【Remote Displacement】，设置【Scope】→【Geometry】=分别选择框架4个立柱，并分别按照如下操作：【Definition】→【Define By】=Components，【X Component】=0mm，【YComponent】=0mm，【Z Component】=0mm，【X Remotion】=0°，【Y Remotion】=0°，【Z Remotion】=0°，其余默认。
ANSYS WORKBENCH 11.0模态分析
ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）第五章模态分析概述•在本章节主要介绍如何在Design Simulation中进行模态分析. 在Design Simulation中, 进行一个模态分析类似于一个线性分析.–假定用户已经对第四章的线性静态结构分析有了一定的学习了解.•本节内容如下:–模态分析流程–预应力模态分析流程•本节所介绍的这些性能通常能适用于ANSYS DesignSpace Entra licenses及更高的lisenses.–在本节讨论的一些选项可能需要更多的高级lisenses, 需要时会相应的标示出来.–谐响应和非线性静态结构分析在本节将不进行讨论.模态分析基础•对于一个模态分析, 固有圆周频率ωi 和振型φi 都能从矩阵方程式里得到:在某些假设条件下的结果与分析相关:–[K] 和[M] 是常量:•假设为线弹性材料特性•使用小挠度理论, 不包含非线性特性•[C] 不存在, 因此不包含阻尼•{F} 不存在, 因此假设结构没有激励•根据物理方程, 结构可能不受约束(rigid-body modes present) ，或者部分/完全的被约束住•记住这些在Design Simulation 中进行模态分析的假设是非常重要的.[][](){}02=−ii M K φωA. 模态分析过程•模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似, 因此这里不再详细的介绍每一操作步骤. 下面这些步骤里面，黄色斜体字体部分是模态分析所特有的.–建模–设定材料属性–定义接触对(假如存在)–划分网格(可选择)–施加载荷(假如存在的话)–需要使用Frequency Finder 结果–设置Frequency Finder 选项–求解–查看结果…几何模型和质量点•类似于线性静态分析, 任何一种能被Design Simulation支持的几何模型都有可以使用：–实体、面体和线体•对于线体，只有振型和位移结果是可见的。
ANSYSWorkbench杆系（二）
ANSYSWorkbench杆系（二）在学习有限元理论时提到，我们要在离散区域单元节点上建立平衡方程，而实质就是用节点的位移表示节点上的力。
材料力学里面学过线弹性范围内，位移与力的关系表达为：胡克定律，F=KX。
因此节点上的平衡方程其实质也是胡克定律的表现。
这节学习主要是从有限元角度看看，杆件拉伸状态下，有限元求解有何不同。
有限元求解材料力学里面给出线弹性范围内的胡可定律F=KX，X表示位移，K表示结构刚度。
而我们清楚单杆拉伸时候，其伸长量的一种形式为Δ=FL/EA，将该式进行简单变形F=（EA/L）Δ，即也是用位移表达了力，这是胡克定律另外一种表现形式。
EA/L，表达的相当于刚度系数，一种衡量变形能力的量，Δ可以表达为两个对象之间的改变量，所以这种形式更适合于节点平衡方程的使用，究其本质还是胡克定律。
从一个例子说明杆拉伸计算过程，下面的过程仅仅是简单理解下，并不能作为有限元求解的标准过程。
杆件离散可以依据其几何特征，从连接处断开。
要注意不同的截面，不同的材料应该放在不同的单元里面。
上面的图示，可简单离散为三个节点连接的两个单元。
很明显要包含三个平衡方程的等式：上面几张图片简单的展示了有限元求解杆件拉伸问题的一个基本过程，可以简单理解为材料力学求解的矩阵化。
例子是曾老师书籍上摘取的，感谢老师以及制作电子档的同学，这里引用下。
之所以直接引用而不是自己编辑，一来该编辑过程不是重点，因为它并不符合有限元求解的标准流程。
二来，我们要的是它的结果部分。
重点看下面这张图，此为今天要说明的重点问题，也是以后在零基础学习其他有限元问题需要掌握的基础。
要注意一个重点：能够推导整个流程自然是极好的，但零基础阶段更应该掌握的节点力平衡方程的依据以及刚度矩阵的最终样子。
这副图片是上面最后一幅图的变形模式，仅仅做了一个简单移项和指定。
观察刚度矩阵，可见里面就只有两类元素：要么是0，要么是EA/L。
EA/L是我们材料力学里面胡克定律其中一种形式的刚度，可以理解为刚度系数，整个刚度矩阵由刚度系数与0组成，并且是一个对称矩阵。
基于ANSYS Workbench的滚珠丝杠副模态分析
基于ANSYS Workbench的滚珠丝杠副模态分析魏效玲;王佳宁;刘强【摘要】针对滚珠丝杠副在外力作用下容易产生变形、振动等特点,以滚珠丝杠副为研究对象,应用Solid Works软件建立滚珠丝杠副三维装配体模型,简化后导入到ANSYS Workbench软件中,在对模型设置约束条件和划分网格后,对其进行模态分析,结果表明:滚珠丝杠副的前六阶振型都为弯曲变形振动,在第六阶固有频率下,丝杠正中位置振动幅度最大,为滚珠丝杠副的薄弱环节.%Aiming at the characteristics of easy deformation and vibration of ball screw under the action of external force, the three-dimensional assembly model of ball screw is established by using SolidWorks software, and then it is simplified into ANSYS Workbench software. After setting the constraint conditions and meshing the model, the modal analysis is carried out to obtain the first six natural frequencies and vibration modes of ball screw. The results show that the first six vibration modes of ball screw are bending deformation, and the middle position's vibration amplitude of the screw is the largest in the natural frequency of the sixth order, which is the weak link of ball screw.【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(034)001【总页数】4页(P103-106)【关键词】滚珠丝杠副;有限元;模态分析【作者】魏效玲;王佳宁;刘强【作者单位】河北工程大学机械与装备工程学院,河北邯郸 056038;河北工程大学机械与装备工程学院,河北邯郸 056038;河北工程大学机械与装备工程学院,河北邯郸 056038【正文语种】中文【中图分类】TG502.3滚珠丝杠副具有高精度、可逆性和高效率的优点，被广泛应用于数控机床伺服进给系统中。
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 Workbench 17·0有限元分析：第6章-模态分析
第6章 模态分析 模态分析主要用于确定结构和机器零部件的振动特性（固有频率和振型）也是其他动力学分析（如谐响应分析、瞬态动力学分析以及谱分析等）的基础。
利用模态分析可以确定一个结构。
本章先介绍动力学分析中较为简单的部分★ 了解模态分析。
6.1 模态分析概述模态分析（Modal Analysis ）亦即自由振动分析，是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
模态是机械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。
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。
模态分析的经典定义是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。
坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。
对于模态分析，振动频率i ω和模态i φ是由下面的方程计算求出的：[][](){}20i iK M ωφ−= 模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报、结构动力特性的优化设计提供依据。
模态分析应用可归结为：评价现有结构系统的动态特性。
在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计。
诊断及预报结构系统的故障。
控制结构的辐射噪声。
识别结构系统的载荷。
ANSYS Workbench 17.0有限元分析从入门到精通受不变载荷作用产生应力作用下的结构可能会影响固有频率，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结构，因此在某些情况下执行模态分析时可能需要考虑预应力的影响。
进行预应力分析时首先需要进行静力结构分析（Static Structural Analysis ），计算公式为：[]{}{}K x F =得出的应力刚度矩阵用于计算结构分析（[][]0S σ→），这样原来的模态方程即可修改为：[][]()2i K S M ω+− {}0iφ= 上式即为存在预应力的模态分析公式。
workbench模态分析.pdf
Workbench -Mechanical Introduction第五章模态分析简介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。
–假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。
•本章内容:–模态分析步骤–有预应力的模态分析步骤•本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许可。
Training Manual模态系统分析基础•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：2•假设:[][](){}0=−iiM K φω–[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A.模态系统分析步骤Training Manual •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–求解–查看结果…几何体和质点Training Manual •模态分析支持各种几何体：实体, 表面体和线体–,•可以使用质量点:•质点在模态分析中只有质量（无硬度）。
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。
密度是必需的Training Manual。
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 WORKBENCH 11.0模态分析
2-4
Workbench-Simulation Dynamics
模态分析
B. 术语和概念
• 运动控制方程:
[M]{&u&}+ [C]{u&}+ [K]{u}= {F(t)}
• 假设为自由振动，忽略阻尼:
[M]{&u&}+ [K]{u}= {0}
• 假设为谐响应运动 ( i.e. u = U sin(ωt) )
模态分析步骤
...施加边界条件和求解
位移约束 (continued): • 使用对称边界条件要特别的小心. • 对称边界条件只能产生对称的模态，所以会
丢失一些模态.
Training Manual
Full Model
Symmetry BC Anti-Symmetry BC
2-24
Workbench-Simulation Dynamics
模态分析
Module 2
Workbench-Simulation Dynamics
Module 2
模态分析
A. 模态分析定义与目的 B. 讨论相关的概念、术语和模态提取方法 C. 学习如何在Workbench 进行模态分析 D. 模态分析练习
Training Manual
2-2
Workbench-Simulation Dynamics
Workbench-Simulation Dynamics
模态分析步骤
…施加边界条件和求解
位移约束: • 施加固定支撑. • 在没有约束的方向将会计算刚体模态. • 不允许存在非零位移.
Training Manual 2-23
Workbench-Simulation Dynamics
ansys workbench模态分析
Workbench -Mechanical Introduction第五章模态分析简介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。
–假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。
•本章内容:–模态分析步骤–有预应力的模态分析步骤•本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许可。
Training Manual模态系统分析基础•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：2•假设:[][](){}0=−iiM K φω–[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A.模态系统分析步骤Training Manual •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–求解–查看结果…几何体和质点Training Manual •模态分析支持各种几何体：实体, 表面体和线体–,•可以使用质量点:•质点在模态分析中只有质量（无硬度）。
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。
密度是必需的Training Manual… 分析类型Training Manual •从Workbench的工具栏中选择“Modal”指定模型的分析类型。
•在Analysis Settings中:–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）。
ANSYS模态分析教程及实例讲解 ppt课件
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
ppt课件 5
准备工作
哪种分析类型？
如果施加的荷载随时间快速变化，则惯性力和 阻尼力通常是重要的 因此可以通过载荷是否是时间相关来选择是静 力还是动力分析 如果在相对较长的时间内载荷是一个常数， 请选择静态分析。 否则，选择动态分析 总之，如果激励频率小于结构最低阶固有频率 的1/3，则可以进行静力分析。
ppt课件 17
频率分析的相关知识
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。 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。
必须指定杨氏模量EX和密度DENS，材料性 质可以是线性、各向同性和不随温度变化的。 非线性的特性将被忽略。
ppt课件
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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！
ppt课件
1
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：
A. 哪一种分析类型？ B. 模拟什么？ C. 采用哪一种单元类型？
ppt课件
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。
基于ANSYS Workbench纹杆式滚筒模态分析
基于ANSYS Workbench纹杆式滚筒模态分析摘要：纹杆式滚筒工作环境及工作载荷比较复杂，在脱粒作业过程中可能因设计、操作不当引起共振或谐振。
采用SolidWorks三维设计建模软件对纹杆式脱粒滚筒进行建模，导入ANSYS Workbench软件中进行模态分析。
分析结果表明：甘草种子脱粒所用的纹杆式脱粒滚筒安全可靠，不会引发共振等问题而导致设备损坏，为种子脱粒机的样机加工制造提供依据。
关键词：纹杆式滚筒；ANSYS Workbench；设计；模态分析中图分类号：S226.1 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）03-0025-03纹杆式滚筒是脱粒机械的重要组成部件之一，由脱粒滚筒完成脱粒的过程，从而获得所需的谷粒、种子。
因此，在设计脱粒滚筒时，不仅要考虑脱粒滚筒刚度与强度，还要考虑其需要满足的动态性能。
相对于传统的切流式脱粒滚筒，轴流式纹杆滚筒改变了脱粒方式，减小了对农作物击打力的作用强度。
纹杆和钉齿焊接在滚筒上的轴流式脱粒滚筒在脱粒过程中，轴做高速旋转运动，物料在脱粒过程中还存在横向运动。
在加工制造和安装过程中若精度不高，就会产生周期性的离心力，使脱粒滚筒轴产生弯曲变形振动。
离心力不仅会使谷粒、种子与脱粒机的凹板、纹杆发生碰撞，影响脱粒作业效果，还会使滚筒上的钉齿纹杆径向方向产生弯曲变形，使籽粒破碎率急增。
当脱粒纹杆滚筒作业时，若离心力产生的自激频率与外在激励频率相接近甚至相同，就会产生严重的共振现象。
长期共振会使纹杆滚筒和轴承座螺栓等设备牢固性减低，造成脱粒机械损坏。
因此，有必要对脱粒滚筒的动力学性能进行分析，为后面样机的加工制作提供理论依据。
在设计轴流式纹杆滚筒的基础上，运用ANSYSWorkbench 软件对纹杆滚筒进行模态分析，研究脱粒滚筒是否发生共振或谐振，并假设脱粒滚筒在最恶劣的工况下，对纹杆脱粒滚筒进行瞬态分析，验证纹杆脱粒滚筒结构是否可靠。
1 有限元模型的建立轴流纹杆式滚筒主要由脱粒主轴、脱粒滚筒、固定支杆和纹杆等零件经焊接而成，且主轴中间一段为空心管型结构。
基于ANSYS Workbench的滚动丝杠模态分析
基于ANSYS Workbench的滚动丝杠模态分析[摘要]运用ANSYS分析软件对数控机床纵、横向进给滚动丝杠进行模态分析，得出了比较精确直观的结论，验证了数控机床关键传动装置结构设计的合理性。
【关键词】ANSYS；滚动丝杠；模态分析数控机床的滚珠丝杠支承方式与其传动精度和刚度有很大关系，本文运用ANSYS Workbench进行模态分析，比较某数控机床纵向进给丝杠（型号ZD5010-4P7×2220×2435）和横向丝杠（型号ZD3205-4P7×604×740），在不同支承约束条件下的固有频率和振型，并进行仿真模拟，验证了工艺方案的可行性。
一、有限元模型建立运用UG NX6创建纵、横向进给丝杠，为了减小工作计算量，故在对精度影响不大的前提下对模型做了适当简化，去除了螺纹和键槽等一些细节信息，将模型导入ANSYS Workbench 13。
定义材料属性、实常数和材料单元类型属性等。
丝杠的材料选用Gr15，故可以通过查表得到所需要的各种参数，具体的参数值分别为：弹性模量2l0GPa，泊松比0.3，密度7850kg／m3，硬度(HRC) 62～64，热膨胀系数12.4×10-6℃，热导率41.87～50.24W/(m·k)。
划分网格要注意网格的密度，不能太密，否则会导致计算机计算量迅速增加，严重的可能会导致计算不能进行。
同时网格密度也不能太稀疏，否则得不到比较精确的求解。
本次分析采用多域法网格划分。
设定Manual Source，Relevance60，Relevance Center Medium；短、长丝杠的Edge Sizing值为24和32，Element size 值为5mm和10mm。
短丝杠共划分生成实体单元数目50919个，节点11248个；长丝杠共划分生成实体单元数目190687个，节点44460个。
约束处理时，“固定-固定”支承结构，两端X、Y、Z三个方向的平移自由度全部被约束；固定-支承”支承结构，一端X、Y、Z三个方向的平移自由度全部被约束，另一端X、Y两个方向的平移自由度被约束，Z向为自由。
有限元分析培训(第4讲 ANSYS Workbench结构静力分析&模态分析)
有限元分析培训
邵世林 喻炜 董大鹏
传统设计过程 设计 制造
重新设计循环
CAD
试验
批量生产
CAE驱动设计过程
概念设计
设计
CAD
CAE
制 造
试 验
批量生 产
优化循环
导入或建立几何模型
HyperMesh、ANSA、Patran、SimXpert、 MEDINA、FEMAP等
四 连接关系
接触类型
对于理想无限大的Knormal , 零穿透. 但对于罚函数法， 这在数值计算中是不可能，但是只要Xpenetration 足够 小或可忽略，求解的结果就是精确的。
四 连接关系
接触类型
Pure Penalty 和Augmented Lagrange 公式使用积分点探测，Normal Lagrange 和MPC 公式 使用节点探测(目标法向)。节点探测在处理边接触时会稍好一些，但是，通过局部网格细化， 积分点探测也会达到同样的效果。
Nastran
ANSYS
Samcef Linear
OptiStruct
FEPG
（国产）
MSC
非线性分析
Marc
ADINA
Samcef Mecano
Fluent 流体分析
Star-CD Star-CCM+
XFlow
PowerFlow
LS-DYNA
MSC
显式分析
Dytran
Radioss
MADYMO
结构静力分析 & 模态分析
有限元分析系列课程 ANSYS Workbench篇 第四讲
一 结构静力分析概述
ansys模态结构分析教程解析
SOLID185 类似SOLID45;可模拟不可压缩塑性和 超弹性材料
SOLID186 类似SOLID95;可模拟不可压缩塑性和 超弹性材料
SOLID187 类似SOLID92;可模拟不可压缩塑性和 超弹性材料
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但如果振型是相对于单位矩阵归一的，则可以在给定的振型中 比较不同点的应力，从而发现可能存在的应力集中。
练习1：机翼模态分析 练习2：上机指南练习5
练习1：机翼模态分析 网格拖拉：面单元——体单元
拖拉
1、设置拖拉选项
MainMenu>Preprocessor>-ModelingOperate>Extrude>ElemExtOpts
任一截面都是对称面。
w 0, zx xz 0, zy yz 0
z 0, zx zy 0
结论：
平面应变问题只有三个应变分量：
x x (x, y)
y y (x, y)
xy yx xy (x, y)
应力分量、位移分量也仅为 x、y 的函数，与 z 无关。
1、什么叫做轴对称问题
集中质量矩阵对角阵，按重心不变原则，不考虑质 量分布
m/2
m/2
m
M e
2
0
0
m
Al
2
1 0
0 1
2
集中质量矩阵
M
e
vN T
N
dv
Al
6
2 1
1 2
一致质量矩阵
四、ANSYS模态分析注意问 题
• 模态分析中的四个主要步骤： • 建模 • 施加边界条件 • 求解设置 • 后处理
模态分析是线性分析，所有非线性选项忽略。 模态分析不采用对称性（除循环对称外）
ansysworkbench模态分析
Workbench -Mechanical Introduction第五章模态分析简介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。
–假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。
•本章内容:–模态分析步骤–有预应力的模态分析步骤•本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许可。
Training Manual模态系统分析基础•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：2•假设:[][](){}0=−iiM K φω–[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A.模态系统分析步骤Training Manual •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–求解–查看结果…几何体和质点Training Manual •模态分析支持各种几何体：实体, 表面体和线体–,•可以使用质量点:•质点在模态分析中只有质量（无硬度）。
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。
密度是必需的Training Manual… 分析类型Training Manual •从Workbench的工具栏中选择“Modal”指定模型的分析类型。
•在Analysis Settings中:–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）。
ANSYS的丝杠模态分析
ANS YS的丝杠模态分析傅中裕,杨晓京(昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650093)摘 要:丝杠是机床进给系统中十分重要的部件,然而传统的解析方法难以完成精确全面的计算和分析,因此必须对丝杠进行动力学研究。
讨论了如何运用先进的有限元分析软件ANSYS对丝杠进行模态分析;研究了丝杠的无阻尼自由振动;得到了系统的固有频率和振型。
关键词:ANSYS;模态分析;固有频率;振型中图分类号:TG502113;TP319 文献标识码:A 文章编号:167125276(2004)0620037203Modal Analysis of Leading Scre w B ased on ANSYS Soft w areFU Zhong2yu,YAN G Xiao2jing(Faculty of Machine and Electronics Engineering,Kunming Universityof Science&Technology,YN Kunming650093,China)Abstract:Leading screw is very important part in the machine tool feeding system.However the traditional analytic way can not finish the accurate and complete calculation and analysis.So it is very necessary to make dynamic research on leading screw.This paper describes how to use the advanced and powerful FEA software ANSYS to do the modal analysis on leading screw,which studies the undamped free vibration on leading screw,then gets the intrinsic frequency and the vibration model.K ey w ords:ANSYS;modal analysis;intrinsic frequency;vibration model0 引言现在的机床正日益向高精度、高速度和高刚度的方向发展,因此对其进给系统的要求也越来越高。
ansys workbench模态分析
Workbench -Mechanical Introduction第五章模态分析简介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。
–假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。
•本章内容:–模态分析步骤–有预应力的模态分析步骤•本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许可。
Training Manual模态系统分析基础•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：2•假设:[][](){}0=−iiM K φω–[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A.模态系统分析步骤Training Manual •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–求解–查看结果…几何体和质点Training Manual •模态分析支持各种几何体：实体, 表面体和线体–,•可以使用质量点:•质点在模态分析中只有质量（无硬度）。
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。
密度是必需的Training Manual… 分析类型Training Manual •从Workbench的工具栏中选择“Modal”指定模型的分析类型。
•在Analysis Settings中:–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）。