ANSYS模态分析理论与实例解析
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模态分析实例!
ANSYS模态分析实例!下面以一个简单的悬臂梁为例，介绍如何进行ANSYS模态分析。
首先，在ANSYS软件中创建一个新的工程，并导入悬臂梁的三维模型。
然后，选择“模态分析”模块，进行模态分析设置。
在模态分析设置中，需要设置分析类型、求解器、收敛准则等参数。
在悬臂梁的模态分析中，我们可以选择进行固有频率和振型的分析。
固有频率是结构的自由振动频率，振型是结构在不同固有频率下的形态和振动模式。
为了进行分析，需要给出悬臂梁的材料属性、几何属性和边界条件。
在模态分析中，材料属性可以通过给定材料的密度、弹性模量和泊松比来定义。
几何属性需要给定悬臂梁的截面形状和尺寸。
边界条件则是指定悬臂梁的支撑方式，例如给定支座的约束条件。
在模态分析设置完成后，就可以进行求解了。
ANSYS软件将根据给定的参数进行求解，并输出悬臂梁的固有频率和振型。
用户可以根据固有频率的大小和频率分布，判断结构是否具有较好的动力特性，并针对不足之处进行优化。
通过模态分析，我们可以了解悬臂梁的固有频率和振型，进而评估结构是否满足设计要求。
对于悬臂梁来说，固有频率越高，说明结构越刚硬，越不容易发生振动。
结构的固有频率还与其几何形状、材料特性和约束条件有关。
此外，模态分析还可以帮助设计师发现结构的共振现象，即当外力频率接近结构的固有频率时，会引起结构的剧烈振动。
共振现象会对结构的安全稳定性产生重要影响，因此在设计中需要避免共振现象，或者通过在结构中引入阻尼器等装置来削弱共振效应。
综上所述，ANSYS模态分析是一种用于了解结构动力特性的数值模拟方法。
通过模态分析，可以获取结构的固有频率和振型，并评估结构的动力性能。
在实际工程中，模态分析可以为设计师提供结构优化的依据，以满足设计要求。
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：
(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。
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。
(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。
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模态分析理论与实例(共75张)
建模的典型(diǎnxíng)命令流(接上页)
/PREP7 ET，... MP，EX，... MP，DENS，…
! 建立几何模型 …
! 划分网格 …
15
第15页，共75页。
模态分析步骤(bùzhòu)
选择分析类型和选项
建模
选择分析类型和选项：
• 进入求解器并选择模态分析 • 模态提取选项*
• 模态扩展选项*
施加边界条件并求解：
• 位移约束： 下面讨论
• 外部载荷： 因为振动被假定为自由振动，所以忽略外部载荷。然而
，ANSYS程序形成的载荷向量可以在随后的模态叠加分析中使用
• 求解：以后讨论
23 第23页，共75页。
模态分析步骤
施加(shījiā)边界条件并求解（接上页）
位移约束：
•典型命令:
• 施加必需的约束来模拟实际的固定情况；
5
第5页，共75页。
模态分析(fēnxī)
术语和概念 （续上页）
• 特征值的平方根是 i ， 它是结构的自然圆周频率（弧度/秒），并 可得出自然频率 fi = i /2p 特征值是固有频率
• 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
•
是用来描述特征值和特征向量计算的术语
6
4
第4页，共75页。
模态分析
第二节： 术语和概念
通用运动方程：
M u Cu Ku Ft
• 假定为自由振动(zhèndòng)并忽略阻尼：
M u K u 0
• 假定为谐运动：
K 2M u 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。
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。
最新ANSYS模态分析教程及实例讲解PPT课件
➢ 钟摆的形状（长度）决定了其固有的数值。 ➢ 钟摆越长周期越长，钟摆越短周期越短。
频率分析的相关知识
固有频率（以钟摆为例） ➢ 钟摆的振动所经过的时间越来越小，最后停了下来。 ➢ 这是因为空气的阻碍、磨擦的阻碍等的阻力妨碍了钟摆的摆动（振 动）。 ➢ 因为这样的阻力作用使振动衰减的力而起作用，被称为衰减力。
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
频率分析的相关知识
固有振动模态（以弦的振动为例）
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
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
什么是振动？
➢ 钟摆和秋千的摆动，是我们身边最典型的振动现象。 ➢ 乐器的弦振动而发出声音。 ➢ 小提琴用弓拉弦，吉他用手指或拨片拨弦，在钢琴上敲
击琴键则小锤打击琴弦而使琴弦振动起来。 ➢ 洗衣机在脱水时也会突突突地产生很大的振动现象。 ➢ 按摩机是机械的振动，地震则是大地的振动。 ➢ 如果在不平整的地上或公路上开车的话，也会感到让人 为便于心理解情振变动坏现的象烦，我人们的从振了动解。固有频率（固有周期），固有模态，
进 入 夏 天 ，少 不了一 个热字 当头， 电扇空 调陆续 登场， 每逢此 时，总 会想起 那 一 把 蒲 扇 。蒲扇 ，是记 忆中的 农村， 夏季经 常用的 一件物 品。 记 忆 中 的故 乡 ， 每 逢 进 入夏天 ，集市 上最常 见的便 是蒲扇 、凉席 ，不论 男女老 少，个 个手持 一 把 ， 忽 闪 忽闪个 不停， 嘴里叨 叨着“ 怎么这 么热” ，于是 三五成 群，聚 在大树 下 ， 或 站 着 ，或随 即坐在 石头上 ，手持 那把扇 子，边 唠嗑边 乘凉。 孩子们 却在周 围 跑 跑 跳 跳 ，热得 满头大 汗，不 时听到 “强子 ，别跑 了，快 来我给 你扇扇 ”。孩 子 们 才 不 听 这一套 ，跑个 没完， 直到累 气喘吁 吁，这 才一跑 一踮地 围过了 ，这时 母 亲总是 ，好似 生气的 样子， 边扇边 训，“ 你看热 的，跑 什么？ ”此时 这把蒲 扇， 是 那 么 凉 快 ，那么 的温馨 幸福， 有母亲 的味道 ！ 蒲 扇 是 中 国传 统工艺 品，在 我 国 已 有 三 千年多 年的历 史。取 材于棕 榈树， 制作简 单，方 便携带 ，且蒲 扇的表 面 光 滑 ， 因 而，古 人常会 在上面 作画。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ，实即 今 日 的 蒲 扇 ，江浙 称之为 芭蕉扇 。六七 十年代 ，人们 最常用 的就是 这种， 似圆非 圆 ， 轻 巧 又 便宜的 蒲扇。 蒲 扇 流 传 至今， 我的记 忆中， 它跨越 了半个 世纪， 也 走 过 了 我 们的半 个人生 的轨迹 ，携带 着特有 的念想 ，一年 年，一 天天， 流向长
模态分析算法原理与实例
4.模态计算设置
4.1 模态提取阶数
Training Manual
-用户需要指定模态计算过程中提取的模态阶数，程序默认是计算 前6阶结构固有频率和模态振型； -设置提取模态计算中的固有频率方法有： --设置模态提取阶数； --定义感兴趣的结构固有频率范围。
Advanced Contact & Fasteners
3.模态计算的方法
（2）Iterative-PCG Lanczos
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
-能够处理对称矩算问题，提取的模态阶数高于100阶； -适合于网格划分形状较好的三维实体单元； （3）Unsymmetric
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
用户也可以设置输出应力和应变；
注意：模态计算中的应力和应变只是一个相对值，不是真实的应 力值；应力值并没有实际意义，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。
3.模态计算的方法
（6） Reduced Damped
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
QR阻尼法能够很好地求解大阻尼系统模态解，阻尼可以是任意阻尼类型，即 无论是比例阻尼或非比例阻尼。由于该方法的计算精度取决于提取的模态数 目，所以建议提取足够多的基频模态，特别是阻尼较大的系统更应当如此， 这样才能保证得到好的计算结果。该方法不建议用于提取临界阻尼或过阻尼 系统的模态。该方法输出实部和虚部特征值（频率），但仅仅输出实特征向 量（模态振型）。
实验：ANSYS模态分析
高速旋转轮盘模态分析在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出其固有频率和相应的模态振型。
通过合理的设计使其工作转速尽量远离转子系统的固有频率。
而对于高速部件，工作时由于受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定的变化。
为此，在进行模态分析时需要考虑离心力的影响。
通过该实验掌握如何用ANSYS 进行有预应力的结构的模态分析。
一．问题描述本实验是对某高速旋转轮盘进行考虑离心载荷引起的预应力的模态分析，求解出该轮盘的前5阶固有频率及其对应的模态振型。
轮盘截面形状如图所示，该轮盘安装在某转轴上以12000转/分的速度高速旋转。
相关参数为：弹性模量EX ＝2.1E5Mpa ，泊松比PRXY ＝0.3，密度DENS ＝7.8E-9Tn/mm 3。
1-5关键点坐标：1(-10, 150, 0)2(-10, 140, 0)3(-3, 140, 0)4(-4, 55, 0)5(-15, 40, 0)L=10+（学号×0.1）RS=5二．分析具体步骤1. 定义工作名、工作标题、过滤参数①定义工作名：Utility menu > File > Jobname②工作标题：Utility menu > File > Change Title （个人学号）2. 选择单元类型本实验将选用六面体结构实体单元来分析，但在建模过程中需要使用四边形平面单元，所有需要定义两种单元类型：PLANE42和SOLID45，具体操作如下： Main Menu >Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete①“ Structural Solid”→“ Quad 4node 42”→Apply（添加PLANE42为1号单元）②“ Structural Solid”→“ Quad 8node 45”→ok（添加六面体单元SOLID45为2号单元）在Element Types (单元类型定义)对话框的列表框中将会列出刚定义的两种单元类型：PLANE42、SOLID45，关闭Element Types (单元类型定义)对话框，完成单元类型的定义。
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
ANSYS模态分析实例ANSYS模态分析是一种用于计算和预测结构的固有频率和振动模态的方法。
模态分析可用于确定结构的固有频率、振动模态形状和模态质量，并且在设计和优化过程中具有广泛的应用。
下面将通过一个实例来介绍如何使用ANSYS进行模态分析。
假设我们有一个简单的悬挑梁结构，长度为L，截面积为A。
我们的目标是计算该结构的固有频率和模态形状。
第一步是创建模型。
使用ANSYS的建模工具，我们可以创建一个简单的悬挑梁结构。
设置结构的几何尺寸和材料属性（如悬挑梁的长度、截面积以及材料的弹性模量等）。
第二步是设置边界条件。
在模态分析中，我们需要定义结构的固定边界条件，以模拟实际应用中的约束情况。
对于悬挑梁结构，我们可以指定其一个端点固定。
第三步是应用模态分析。
在ANSYS中，我们可以选择适当的模态分析方法。
常用的方法包括隐式和显式求解器。
我们可以选择其中一种方法，并设置分析的参数，如求解器的精度和迭代次数等。
第四步是进行计算和分析。
启动计算后，ANSYS将计算结构的固有频率和模态形状。
计算结果将显示为结构的振动模态和对应的频率。
通过分析不同的模态，我们可以了解结构的振动行为和不同模态之间的关系。
第五步是结果分析和优化。
分析得到的结果后，我们可以对结构进行优化。
通过调整结构的几何形状、截面积或材料属性等参数，我们可以改变结构的固有频率和模态形状，以满足特定应用需求。
总结：以上是使用ANSYS进行模态分析的简要步骤。
通过模态分析，我们可以了解结构的振动特性，并优化结构以避免共振和振动问题。
ANSYS提供了强大的工具和功能，可帮助工程师进行模态分析和改进结构设计。
在实际应用中，模态分析对于航空航天、建筑工程和汽车工程等领域都有重要的应用价值。
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。
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模态分析
模态分析
第一节： 第二节： 第三节： 第四节： 第五节： 第六节： 模态分析的定义和目的 对模态分析有关的概念、术语以及模态提取方法的讨论 学会如何在ANSYS中做模态分析 做几个模态分析的练习 学会如何做具有预应力的模态分析 学会如何在模态分析中利用循环对称性
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模态分析
第一节： 定义和目的
注意: • 该方法采用Lanczos算法 • 不执行Sturm序列检查,所以遗漏高端频率 • 不同节点间存在相差 • 响应幅值 = 实部与虚部的矢量和
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模态分析
第三节： 步骤
注意: 选择主自由度的原则请参阅<<1
模态分析 - 术语和概念
模态提取方法- 不对称法
• 不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 不对称质量矩阵[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
什么是模态分析? • 模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术： – 自然频率 – 振型 – 振型参与系数 （即在特定方向上某个振型在多大程度上 参与了振动） • 模态分析是所有动力学分析类型的最基础的内容。
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模态分析
定义和目的（续上页）
模态分析的好处： • 使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如扬声器）； • 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）。
注意: 不对称方法采用Lanczos算法,不执行Sturm序列检查,所以遗漏高端 频率.
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模态分析 - 术语和概念
模态提取方法- 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： – 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。 • 虚数部分就是自然频率； • 实数部分表示稳定性，负值表示稳定，正值表示不确定。
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。
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模态分析
第二节： 术语和概念
通用运动方程：
C u K u F t M u
•
假定为自由振动并忽略阻尼：
K u 0 M u
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模态分析 - 术语和概念
模态提取方法- 子空间法
• 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。
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模态分析
术语和概念 （续上页）
• • • 特征值的平方根是 i ， 它是结构的自然圆周频率（弧度/秒），并 可得出自然频率 fi = i /2p 特征值是固有频率 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 模态提取 是用来描述特征值和特征向量计算的术语
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假定为谐运动：
•
K M u 0
2
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。
注意: • 模态分析假定结构是线性的(如, [M]和[K]保持为常数) • 简谐运动方程u = u0cos(t), 其中 为自振圆周频率弧度/秒）
模态分析 - 术语和概念
模态提取方法
• 在ANSYS中有以下几种提取模态的方法： – Block Lanczos法 – 子空间法 – PowerDynamics法 – 缩减法 – 不对称法 – 阻尼法 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
•
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模态分析 - 术语和概念
模态提取方法 - Block Lanczos法
• Block Lanczos 法可以在大多数场合中使用： – 是一种功能强大的方法，当提取中型到大型模型（50.000 ~ 100.000 个自由度）的大量振型时（40+），这种方法很有效； – 经常应用在具有实体单元或壳单元的模型中； – 在具有或没有初始截断点时同样有效。（允许提取高于某个给定频 率的振型）； – 可以很好地处理刚体振型； – 需要较高的内存。
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模态分析 - 术语和概念
模态提取方法- 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 Block 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； – 建议只将这种方法作为对大模型的一种备用方法。
注: PowerDynamics方法
• 子空间技术使用Power求解器(PCG)和 一直质量矩阵；
• 不执行Sturm序列检查(对于遗漏模态); 它可能影响多个重复频率的 模型； • 一个包含刚体模态的模型, 如果你使用PowerDynamics方法,必须执 行RIGID命令(或者在分析设置对话框中指定RIGID设置)。
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模态分析 - 术语和概念
模态提取方法- 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： – 它是所有方法中最快的； – 需要较少的内存和硬盘空间； – 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 ，近似程度取决于主自由度的数目和位置； – 在结构抵抗弯曲能力较弱时不推荐使用此方法，如细长的梁和薄 壳。