ANSYS模态分析教程及实例讲解演示文稿
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轴模态分析教程实例
APDL： da,7,all da,8,all da,19,all da,20,all
⑪进行求解 GUI: Main/Solution/Solve/Current LS，即可弹出求解对话框，单击OK，进行求解。 警告窗口单击Yes，后出现Solution is done. ，单击Close关闭对话框，关闭求解对 话框。 APDL： /solu solve
⑫通过通用后处理器查看各自然频率 GUI: Main Menu/General Postproc/Result Summary。在弹出的对话框中列出了提取 的前10阶频率，如图所示。
APDL： /POST1 SET,LIST
⑬读取载荷步数据 GUI: Main Menu/General Postproc/Read Results/By Pick ，在弹出的对话框中选择第 四阶频率（也可以选其他的），单击Read，然后单击Close
APDL： MODOPT,LANB,10 EQSLV,SPAR MXPAND,10, , ,1 LUMPM,0 PSTRES,0
⑩施加边界条件 GUI： Main Menu/Solution/Define Loads/Apply/Structural/Displacement/On Area ， 弹出拾取对话框，选择直径为120和100的两个圆柱面，单击OK，在弹出的自由 度限制对话框，选择All DOF，单击OK。
APDL语言
finish /clear,nostart /filname,spindle /title,modal analysis /prep7 et,1,185 mp,ex,1,2e11 prxy,1,0.3 dens,1,7800 cylind,40,0,0,200 cylind,60,0,600,200 cylind,100,0,600,780 cylind,75,0,1080,780 cylind,50,0,1080,1280 cylind,30,0,1400,1280 vadd,all smrt,1 mshape,1,3D mshkey,0 vmesh,all acel,0,-9.8,0 antype,2 MODOPT,LANB,10 EQSLV,SPAR MXPAND,10, , ,1 LUMPM,0 PSTRES,0 da,7,all da,8,all da,19,all da,20,all /solu solve /POST1 SET,LIST SET,,, ,,, ,4 PLNSOL, U,Y, 0,1.0 PLNSOL,S,EQV
ANSYS模态分析实例和详细过程之欧阳引擎创编
均匀直杆的子空间法模态分析欧阳引擎（2021.01.01）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——飞机机翼模态分析(12.0)详细操作
飞机机翼模态分析实例飞机机翼模态分析实例问题描述 :该实例对一个飞机模型的机翼进行模态分析，以确定机翼的模态频率和振型。
机翼沿长度方向轮廓一致，横截面由直线和样条曲线定义（如图9所示）。
机翼的一端固定在机体上，另一端为自由端。
机翼由低密度聚乙烯制成，相关参数如下：EX=3.8E3 PRXY=0.3 DENS=1.033e-3 slugs/in3图9模型飞机机翼简图GUI方式分析过程第1 步：指定分析标题并设置分析范畴1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title2.输入文字“Modal analysis of a model airplane wing”，然后单击OK。
3.选取菜单途径Main Menu>Preference4.单击Structure选项使之为ON，单击OK。
第2 步：定义单元类型1.选取菜单途径:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。
2.Element Types对话框将出现。
3.单击Add。
Library of Element Types对话框将出现。
4.在左边的滚动框中单击“Structural Solid”。
5.在右边的滚动框中单击“Quad 4node 42”。
6.单击Apply。
7.在右边的滚动框中单击“Brick 8node 45”。
8.单击OK。
9.单击Element Types对话框中的Close按钮。
第3 步：指定材料性能1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isot ropic。
Isotropic Material Properties对话框将出现。
2.在OK上单击以指定材料号为1。
第二个对话框将出现。
3.输入EX为3800。
4.输入DENS为1.033e-3。
ANSYS模态分析实例教程文件
8
9. 对于Y 和Z 方向，输入0替换“Free”， “X” 方向仍 然保留为 “Free”.
Workshop Supplement
9
July 10, 2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.
ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002406 WS1-8
ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002406 WS1-4
Workbench-Simulation Dynamics
Workshop 1 – 设置
1. 当导入几何模型之后，从“Map of Analysis Types”选择“Static Structural”。
• 目的在于计算某一悬索桥模型的振动特性
– 塔科马海峡大桥，又称为“ Galloping Gertie”，因其在1940年出任意 外的倒塌而出名。
• 在该实例中，首先对桥的模型进行分析，然后计算大桥的固有频 率和固有振型。
• 在求解中，我们考虑到了结构的“预应力”，因为自重载荷预先 作用于桥梁上而导致拉索产生了预拉力，从而增加了整体刚度。
Inventory #002406 WS1-3
Workbench-Simulation Dynamics
Workshop 1 – 起始页
• 从“ WorkBench Project Launcher ”点击“ Simulation”。
–
如果进入“Simulation” ，点击 >File>New
•
Inventory #002406 WS1-6
Workbench-Simulation Dynamics
Ansys12.0 Mechanical教程-4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有限元模态分析详解共105页文档
• 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。
• 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
ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析
… 定义和目的
1-6
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。
• 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。
ANSYS80模态分析——段志东制作
1-7
ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析
段志东
模态分析
A. 模态分析定义和目的 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
培训手册
1-2
ANSYS80模态分析——段志东制作
ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析
A. 定义和目的
培训手册
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
1-10
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
培训手册
• 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：
– 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：
ANSYS模态分析教程及实例讲解(共74张PPT)
准备工作
哪种分析类型？
静力与动力分析的区别 静力分析假定只有刚度力是重要的。 动力分析考虑所有三种类型的力。
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
准备工作
为了改变结构的固有频率在危险范围外，可通过改变产品 的几何结构、材料、避震特性或在适当的地方添加质量单 元。
➢ 对于结构的固有频率，如果结构变刚，则频率高，如果变柔， 则频率低。
➢ 另外，振动部件的重量重，则频率变低，重量轻，频率变高。
➢ 结构要变刚，即提高结构的刚性，可以加厚构件，可以加 入补强材。
模态提取 是用来描述特征值和特征向量计
算的术语。
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。
➢ 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。
➢ 钟摆在没有外部而来的强迫它摆动的力（重力除外）作用下的振动称 为自由振动。
应力
应变
内容简介
(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；
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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
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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。
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
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。
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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
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频率分析的相关知识ຫໍສະໝຸດ 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 个振动形式所对应的状态，振动起来。这种振动形式称 为弦的固有模态。
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，
共振等表示振动特有现象的术语开始
➢ 与此相对应，地震和汽车因为地基能、发动机等的强迫力作用下的 振动称为强迫振动。
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。
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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。
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。
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准备工作
哪种分析类型？
线性与非线性分析的区别
线性分析假设忽略荷载对结构刚度变化的影响。 典型的特征是：
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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。
➢ 钟摆在没有外部而来的强迫它摆动的力（重力除外）作用下的振动 称为自由振动。
电压或电荷激励
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。
3
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 ➢静力（刚度） ➢惯性力（质量） ➢阻尼力
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。
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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
种状况，称为共振。 ➢ 共振，对于机械和结构一般是应该要避免的一种现象。
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。
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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
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准备工作
哪种分析类型？
静力与动力分析的区别 静力分析假定只有刚度力是重要的。 动力分析考虑所有三种类型的力。
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
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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
应力
应变 8
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
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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
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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
第三讲模态分析
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？
2
准备工作
哪种分析类型？
分析类型通常遵循以下原则：
结构分析
实体的运动、压力、接触
热分析
热、高温及温度变化。
电磁场分析 装置承受电流（交流或直流）、电磁波、
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频率分析的相关知识
固有频率（以钟摆为例）
➢ 摆动钟摆，则钟摆以一定的周期和一定的频率有规律地振动 起来了。
➢ 振动的幅度（振幅）大也好小也好，周期和频率总是一定的。
➢ 振动频率：是单位时间里摆动的次数。
振幅：大 振幅：小
➢ 1秒钟内的次数用Hz（赫兹）来表示。
➢ 周期：摆动1次所需要的时间。
➢ 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。
➢ 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7
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
固有振动形态
名称
1阶振动
2阶振动
3阶振动
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频率分析的相关知识
固有振动模态（以弦的振动为例） ➢ 固有模态和固有频率是一一对应的。对于1阶固有模态， 就有以1阶固有频率振动的振动形式，对于2阶固有模态 则有2阶频率振动的振动形式。 ➢ 象这样所定的频率和振动模态组合起来则存在着1阶、2 阶、3阶……等多个振动形式。
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。
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频率分析的相关知识
设计就要避免出现共振现象
共振产生时的条件有以下两条： 激振力的周期（频率）和物体的固有周期（固有频率）相一致或接近 激振力的持续时间长到使物体振动以充分发展的时间