实验四 五：结构静力分析与ANSYS模态分析
基于 Ansys 的钢桁架桥静力和模态分析
土木结构分析专题陈晨20104336基于Ansys的钢桁架桥静力和模态分析陈晨20104336（西南交通大学力学与工程学院结构2010-01班，四川成都）摘要：本文应用Ansys软件，采用有限元分析技术及其优化技术，分别采用GUI方式和命令流方式，对给定的一架钢桁架简支梁桥进行了静力学分析和模态分析，对强度、内力分布及前六届振型状况进行了查看。
关键词：力学；土木工程；桥梁工程；结构分析1设计概况图1钢桁架桥简图已知下承式简支钢桁架桥桥长72米，每个节段12米，桥宽10米，高16米。
设桥面板为0.3米厚的混凝土板。
桁架杆件规格有三种，见下表：表1钢桁架桥杆件规格杆件截面号形状规格端斜杆1工字形400×400×16×16上下弦2工字形400×400×12×12横向连接梁2工字形400×400×12×12其他腹杆3工字形400×300×12×12所用材料属性如下表：表2材料属性参数钢材混凝土弹性模量EX 2.1×1011 3.5×1010泊松比PRXY0.30.1667密度DENS785025002建立有限元模型2.1定义单元类型和选项Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，弹出“Element Types”选择“Structural Beam—3D elastic4”，单击“Ok”，定义“BEAM4”单元，如图6-17。
继续单击“Add”按钮，选择“Structural Shell—Elastic4node63”，定义“SHELL63”单元。
得到如图6-18所示的结果。
最后单击“Close”，关闭单元类型对话框。
图2单元类型对话框2.2定义梁单元截面Main Menu>Preprocessor>Sections Beam>Common Sections，弹出“Beam Tool”工具条，如图6-19填写。
ansys先静力分析后模态分析的程序
考虑热应力的模态分析 (2007-06-18 16:49:28)标签： cae fea 模态有限元分析热应力愿与大家分享，共同进步。
当然也欢迎大家把自己的想法与我交流。
考虑预应力影响的模态分析的方法如下：1。
先进行静力分析，注意分析时打开预应力开关(PSTRES,ON)。
2。
改变分析类型，获取模态解。
(再用一次PSTRES,ON)3。
特别注意：a.静力分析中和随后的模态分析中的集中质量选项(LUMPM)必须一致。
b.进行模态分析时，应保证静力分析的保存的.emat和.esav文件存在。
c.步骤1也可以是瞬态分析，但应当在需要的时间保存.emat和.esave文件。
下面是自己做的一个小例子。
两端固结的梁，长10m，截面为0.1m*0.1m,材质为钢材。
对比降温90度前后的模态分析解。
!考虑温度预应力的模态分析FINI/CLEAR,NOSTART/prep7k,1,0,0,0k,2,10,0,0l,1,2et,1,beam4MP,EX,1,200e9MP,NUXY,1,0.3mp,alpx,1,0.000012MP,dens,1,7800R,1,0.01,8.3E-6,8.3E-6,0.1,0.1, , //定义常系数LESIZE,ALL, , ,10, , , , ,1 //定义线上的单元数LMESH,ALL //划分线生成线单元/SOLU //进入求解器单元ANTYPE,STATIC //定义分析类型PSTRES,ON //是否计入预应力lumpm,offNSEL,S,LOC,X,0D,all,all //施加约束ALLSEL,ALL //选择所有实体NSEL,S,LOC,X,10D,ALL,UYD,all,allesel,allacel,,-9.8, //定义结构线性加速度BFE,all,TEMP,1,+70, , ,ALLSEL,ALLSOLVESAVEFINI/SOLUANTYPE,MODAL //选择分析类型MODOPT,LANB,10 //模态分析选项EQSLV,SPARMXPAND,0, , ,0lumpm,offPSTRES,1MODOPT,LANB,10,0,500, ,OFF //模态分析选项和模态分析方法NSEL,S,LOC,X,0D, all,allALLSEL,ALLNSEL,S,LOC,X,10 //节点的选择D, all,allALLSEL,ALL //选择所有实体SOLVESAVE/POST1SET,LIST!不考虑温度预应力FINI/CLEAR,NOSTART/prep7k,1,0,0,0k,2,10,0,0l,1,2et,1,beam4MP,EX,1,200e9MP,NUXY,1,0.3mp,alpx,1,0.000012MP,dens,1,7800R,1,0.01,8.3E-6,8.3E-6,0.1,0.1, , //定义常系数LESIZE,ALL, , ,10, , , , ,1 //定义线上的单元数LMESH,ALL //划分线生成线单元/SOLU //进入求解器单元ANTYPE,STATIC //定义分析类型PSTRES,ON //是否计入预应力lumpm,offNSEL,S,LOC,X,0D,all,all //施加约束ALLSEL,ALL //选择所有实体NSEL,S,LOC,X,10D,ALL,UYD,all,allesel,allacel,,-9.8, //定义结构线性加速度!BFE,all,TEMP,1, +70, , ,ALLSEL,ALLSOLVESAVEFINI/SOLU //进入求解器单元ANTYPE,MODAL //分析类型MODOPT,LANB,10 //模态分析选项EQSLV,SPARMXPAND,0, , ,0lumpm,off // Use the element-dependent default mass matrix formulation (default). PSTRES,1 //是否计入预应力MODOPT,LANB,10,0,500, ,OFF //模态分析选项和模态分析方法NSEL,S,LOC,X,0D, all,all //施加约束ALLSEL,ALL //选择所有实体NSEL,S,LOC,X,10 //节点的选择D, all,all //施加约束ALLSEL,ALL //选择所有实体SOLVESAVE/POST1 //进入通用后处理器SET,LIST不考虑预应力的结果考虑预应力的结果SET TIME/FREQ SET TIME/FREQ1 5.1946 1 10.4462 5.1946 2 10.4463 14.320 3 22.8334 14.320 4 22.8335 28.088 5 38.4496 28.088 6 38.4497 46.493 7 57.9838 46.493 8 57.9839 69.639 9 81.85210 69.639 10 81.852。
ANSYS结构静力学与动力学分析教程
ANSYS结构静力学与动力学分析教程第一章：ANSYS结构静力学分析基础ANSYS是一种常用的工程仿真软件，可以进行结构静力学分析，帮助工程师分析和优化设计。
本章将介绍ANSYS的基本概念、步骤和常用命令。
1.1 ANSYS的基本概念ANSYS是一款基于有限元方法的仿真软件，可以用于解决各种工程问题。
其核心思想是将结构分割成有限数量的离散单元，并通过求解线性或非线性方程组来评估结构的行为。
1.2 结构静力学分析的步骤进行结构静力学分析一般包括以下步骤：1）几何建模：创建结构的几何模型，包括构件的位置、大小和形状等信息。
2）网格划分：将结构离散为有限元网格，常见的有线性和非线性单元。
3）边界条件：定义结构的边界条件，如固定支座、力、力矩等。
4）材料属性：定义结构的材料属性，如弹性模量、泊松比等。
5）加载条件：施加外部加载条件，如力、压力、温度等。
6）求解方程：根据模型的边界条件和加载条件，通过求解线性或非线性方程组得到结构的响应。
7）结果分析：分析模拟结果，如应力、应变、变形等。
1.3 ANSYS常用命令ANSYS提供了丰富的命令，用于设置分析模型和求解方程。
以下是一些常用命令的示例：1）/PREP7：进入前处理模块，用于设置模型的几何、边界条件和材料属性等。
2）/SOLU：进入求解模块，用于设置加载条件和求解方程组。
3）/POST1：进入后处理模块，用于分析和可视化模拟结果。
4）ET：定义单元类型，如BEAM、SOLID等。
5）REAL：定义单元材料属性，如弹性模量、泊松比等。
6）D命令：定义位移边界条件。
7）F命令：定义力或压力加载条件。
第二章：ANSYS结构动力学分析基础ANSYS还可以进行结构动力学分析，用于评估结构在动态载荷下的响应和振动特性。
本章将介绍ANSYS的动力学分析理论和实践应用。
2.1 结构动力学分析的理论基础结构动力学分析是研究结构在动态载荷下的响应和振动特性的学科。
它基于质量、刚度和阻尼三个基本量，通过求解动态方程来描述结构的振动行为。
ANASYS软件在结构静力分析和模态分析中的应用
ANASYS软件在结构静力分析和模态分析中的应用学院 XXXX学院专业 XXXXXXXXXXXXXXXX学号 XXXXXXXX学生姓名 XXXX指导教师 XXXXXXX年 XX 月ANASYS软件在结构静力分析和模态分析中的应用【摘要】随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析（FEA）在工程设计与分析中得到了越来越广泛的应用，已经成为解决各种复杂工程分析计算问题的有效途径【1】。
本文主要利用ANSYS10.0软件来进行了结构静力分析以及模态分析。
通过对结构静力分析的求解来理解平面应力问题的特点及其ANSYS分析的过程与方法，掌握几何对称问题的建模方法以及位移约束与载荷的加载方法和操作。
通过对机翼模态的分析求解来掌握ANSYS动力学问题中关于模态分析的步骤和特点，以及ANSYS模态提取和查看的方法。
【关键词】ANASYS软件；结构静力分析；模态分析；应用举例1.前言有限元法的基本思想是把连续的几何结构离散成有限个单元，并在每个单元中设定有限个节点，从而将连续体看做仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每个单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题，求解得到节点值后就可以通过设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数。
ANASYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件，广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造等工业和科学研究中，是目前最主要有限元分析软件之一。
结构分析是各种有限元分析中最为常见的一种类型，结构静力分析用来计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，即由于稳态外载引起的系统或部件的位移、应力、应变【2】。
模态分析是结构线性动力学分析的一种，用于确定设计中的结构和机器部件的振动特性（固有频率和振型）【3】。
实验四五结构静力分析与ANSYS模态分析
注：3月20号，周二课程内容主要是完成下面实验四特别注意：本周六没课，本五周23号，8:00--12:00有课-------------------------------------------------------------------------------------实验四MEMS薄膜压力传感器静力学分析一、实验目的1、掌握静力学分析2、验证理论分析结果3、对不同形状膜的分析结果进行对比二、实验器材能够安装ANSYS软件，内存在512MHz以上，硬盘有5G空间的计算机三、实验说明（一）基本思路1、建模与网格化2、静力学分析3、对结果进行分析和比较（二）问题描述：由于许多压力传感器的工作原理是将受压力作用而变形的薄膜硅片中的应变转换成所需形式的电输出信号，所以我们要研究比较一下用什么样形状的膜来作为压力传感器的受力面比较好。
我们比较的膜形状有三种，分别是圆形. 正方形. 长方形。
在比较的过程中，三种形状膜的面积.，厚度和承受的压力是都是相等的。
设置参数具体为：F=0.1MPa, EX=1.9e11,PRXY=0.3,DENS=2.33e3.单元尺寸为5e-006。
为了选择合适的网格化类型，首先我们拿圆的结构进行一下比较，最后选择比较接近理论计算的网格化类型，通过比较，我们知道映射网格化类型比较优越，所以后面的两种类型膜结构选择了映射网格化。
四、实验内容和步骤圆形薄膜11.先建立一个圆形薄膜：Main Menu>Preprocessor>modeling>Create>volumes>solid cylinder.弹出以个对话框如图，输入数据如图4-1，单击OK.图4-12.设置单元类型：Main Menu>Preprocessor>element type>add/edit/delete,弹出一个对话框，点击add,显示library of element type对话框如图：在library of element type下拉列表框中选择structural solide 项，在其右侧下拉表框中选择brick 8node 45选项，单击OK. 在点击close.如图4-2.图4-23.设置材料属性：Main Menu>Preprocessor>material props> material models,弹出一个对话框，在material models avaiable下面的对话框中双击打开structural>linear>elastic>isotropic，又弹出linear isotropic properties for material Number 1对话框，在EX后面输入1.9E11，在PRXY后面输入栏中输入0.3，在双击density,在DENS后面输入2.33e3,单击OK。
ansys实验报告
ansys实验报告ANSYS实验报告一、引言ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，它能够模拟和分析各种结构和物理现象。
本实验旨在通过使用ANSYS软件，对一个具体的工程问题进行模拟和分析，以探究其性能和行为。
二、实验目的本次实验的主要目的是通过ANSYS软件对一个简单的悬臂梁进行分析，研究其在不同加载条件下的应力和变形情况，并进一步了解悬臂梁的力学行为。
三、实验步骤1. 准备工作：安装并启动ANSYS软件，并导入悬臂梁的几何模型。
2. 材料定义：选择适当的材料，并设置其力学性质，如弹性模量和泊松比。
3. 约束条件：定义悬臂梁的边界条件，包括支撑点和加载点。
4. 加载条件：施加适当的力或压力到加载点，模拟实际工程中的加载情况。
5. 分析模型：选择适当的分析方法，如静力学分析或模态分析，对悬臂梁进行计算。
6. 结果分析：根据计算结果，分析悬臂梁在不同加载条件下的应力和变形情况，并进行比较和讨论。
四、实验结果经过计算和分析，我们得到了悬臂梁在不同加载条件下的应力和变形情况。
在静力学分析中，我们观察到加载点附近的应力集中现象，并且应力随着加载的增加而增大。
在模态分析中，我们研究了悬臂梁的固有频率和振型，并发现了一些共振现象。
五、讨论与分析根据实验结果，我们可以得出一些结论和讨论。
首先，悬臂梁在加载点附近容易发生应力集中，这可能导致结构的破坏和失效。
因此，在实际工程中，我们需要采取适当的措施来减轻应力集中的影响，如增加结构的刚度或改变加载方式。
其次，悬臂梁的固有频率和振型对结构的稳定性和动态响应有重要影响。
通过模态分析，我们可以确定悬臂梁的主要振动模态，并根据需要进行结构优化。
六、结论通过本次实验，我们成功地使用ANSYS软件对一个悬臂梁进行了模拟和分析。
通过对悬臂梁的应力和变形情况的研究，我们深入了解了悬臂梁的力学行为，并得出了一些有价值的结论和讨论。
在实际工程中，这些研究结果可以为设计和优化结构提供参考和指导。
ANSYS结构静力分析
1．1 结构分析概述 结构分析的定义：结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构这个术语 是一个广义的概念，它包括土木工程结构，如桥梁和建筑物；汽车结构，如车身骨架；海 洋结构，如船舶结构；航空结构，如飞机机身等；同时还包括机械零部件，如活塞，传动 轴等等。 在 ANSYS 产品家族中有七种结构分析的类型。结构分析中计算得出的基本未知量 （节点自由度）是位移，其他的一些未知量，如应变，应力，和反力可通过节点位移导出。 静力分析---用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析包括线性和非线性分析。 而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。 模态分析---用于计算结构的固有频率和模态。 谐波分析---用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 瞬态动力分析---用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提 到的静力分析中所有的非线性性质。 谱分析---是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或 PSD 输入（随机振动）引起的应 力和应变。 曲屈分析---用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。ANSYS 可进行线性（特征值）和非线性曲 屈分析。 显式动力分析---ANSYS/LS-DYNA 可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。 此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的分析应用：
图 1─6 说明了一种单独使用位移收敛检查导致出错情况。在第二次迭代后计算 出的位 移很小可能被认为是收敛的解，尽管问题仍旧远离真正的解。要防止这 样的错误，应当使 用力收敛检查。
Ansys静力分析详细步骤ppt课件
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11.点击Loads，选择Force，来添加力。
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图11精品课件
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12.点击Force，选择需要添加力的面，选择Apply，来完成力的添加，在 Magnitude里输入300N，来添加力的大小。
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图12精品课件
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13.点击Solution，选择Deformation，选择Total，来定义总得变形量。
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图5 精品课件
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6.点击Mesh，点击Mesh Control，选择sizing，来插入网格。
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图6 精品课件
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7.点击Body Sizing，选择Definition下的Element Size，输入5mm，来划分网格尺 寸。
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图7 精品课件
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8.点击Mesh，选择Generate Mesh，系统开始划分网格，结果如下。
图15精品课件
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16. 点击Equivalent(von-Mises) ，显示等效应力。
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图16精品课件
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感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
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图13精品课件
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14.点击Solution，选择Stress，选择Equivalent(von-Mises)，来定义等效应力。
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图14精品课件
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15.点击Solution，点击Solve，来计算结果，点击Total Deformation ，显示模型 总变形。
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。
实验四-五：结构静力分析与ANSYS模态分析
圆形薄膜2
1.先建立一个圆形薄膜：Main Menu>Preprocessor>modeling>Create>volumes>solid cylinder.弹出以个对话框如图，输入数据如图4-10，单击OK.
图4-10
2.设置单元类型：Main Menu>Preprocessor>element type>add/edit/delete,弹出一个对话框，点击add,显示library of element type对话框如图：在library of element type下拉列表框中选择structural solide项，在其右侧下拉表框中选择brick 8node 45选项，单击OK.在点击close.如图4-11.
图4-8
11.显示节点应力云图：Main Menu>generalpostproc>plot results>contour plot>nodal solu，出现如图对话框：在contour nodal solution data对话框中选择item to be contoured> nodal solution>stress>von mises stress,然后单击OK。生成应力云图如图4-9.
图4-2
3.设置材料属性：Main Menu>Preprocessor>material props> material models,弹出一个对话框，在material models avaiable下面的对话框中双击打开structural>linear>elastic>isotropic，又弹出linear isotropic properties for material Number 1对话框，在EX后面输入1.9E11，在PRXY后面输入栏中输入0.3，在双击density,在DENS后面输入2.33e3,单击OK。然后单击material>exit,完成材料属性的设置。如图4. 先建立一个圆形薄膜：Main Menu>Preprocessor>modeling>Create>volumes>solid cylinder.弹出以个对话框如图，输入数据如图4-1，单击OK.
ANSYS结构分析指南结构线性静力分析
ANSYS结构分析指南第二章结构线性静力分析2.1 静力分析的定义静力分析计算在固定不变载荷作用下结构的响应，它不考虑惯性和阻尼影响--如结构受随时间变化载荷作用的情况。
可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力)，以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷(如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)的作用。
静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。
固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。
静力分析所施加的载荷包括：外部施加的作用力和压力稳态的惯性力(如重力和离心力)强迫位移温度载荷(对于温度应变)能流(对于核能膨胀)关于载荷，还可参见§2.3.4。
2.2 线性静力分析与非线性静力分析静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。
非线性静力分析包括所有类型的非线性：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触(间隙)单元、超弹性单元等。
本章主要讨论线性静力分析。
对非线性静力分析只作简单介绍，其详细论述见《ANSYS Structural Analysis Guide》§8。
2.3 静力分析的求解步骤2.3.1 建模首先用户应指定作业名和分析标题，然后通过PREP7 前处理程序定义单元类型、实常数、材料特性、模型的几何元素。
这些步骤是大多数分析类型共同的，并已在《ANSYS Basic Analysis Guide》§1.2 论述。
有关建模的进一步论述，见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。
2.3.1.1 注意事项在进行静力分析时，要注意如下内容：1、可以采用线性或非线性结构单元。
2、材料特性可以是线性或非线性，各向同性或正交各向异性，常数或与温度相关的：必须按某种形式定义刚度(如弹性模量EX，超弹性系数等)。
对于惯性载荷(如重力等)，必须定义质量计算所需的数据，如密度DENS。
ANSYS的有限元静力和模态分析
ANSYS的有限元静力和模态分析1 前言我国土地辽阔，水资源丰富，可以开发的水电容量约为3.78亿KW，据世界第一位。
目前我们已经修建了如三峡、小浪底等大型水利水电工程，而这些工程也在我国经济建设中发挥了巨大的作用。
建国以来，随着技术的提高，各种各样型式的重力坝在坝工设计中占了很大的比重。
重力坝是一种主要依靠坝体自重产生的抗滑力来维持自身稳定的坝型。
近年来，混凝土重力坝在重力坝中所占的比重越来越大。
混凝土重力坝以具有安全可靠，耐久性好，抵抗渗漏、设计和施工技术简单，易于机械化施工、对不同的地形和地质条件适应性强等优点而被广泛应用[1]。
但由于许多坝都是建立在地震多发和高烈度地区，一旦遭到破坏将会带来难以估计的经济和损失，因此对大坝做模态分析，计算分析它的固有频率和振型，为重力坝的抗震稳定性分析奠定基础。
2 有限元模型建立某工程非溢流混凝土重力坝，高17米，宽24米，顶宽5米。
上游面坡度为1：0，下游面坡度为1：0.8[2]。
假设大坝的基础是嵌入到基岩中，地基是刚性的。
大坝采用的材料参数为：弹性模量E=3.5GPa，泊松比ν=0.2，容重γ=25KN/m3。
水的质量密度1000kg/m3。
模型见图一2.1静力分析SOLID186是一个高阶3维20节点固体结构单元，SOLID186具有二次位移模式可以更好的模拟不规则的网。
本文使用SOLID186单元进行数值模拟分析。
按照满库状态施加荷载，基础是刚性，底面施加约束，对整个重力坝施加重力荷载，然后求解分析。
分析结果见图二、图三、图四、图五。
从图二中可看出X方向的最大位移是0.119mm，位置在坝顶；最小位移是0.00104mm，位置在坝底部。
从图三中看出y方向的最小位移是0.117mm，位置在坝底部。
从图四中看出z方向的最大位移和最小位移相差不大且数值很小，基本可以忽略。
根据x，y，z方向的位移图可以看出，在满库状态下，坝沿着河流方向以及竖直方向的位移是在安全范围之内的。
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 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 Workbench基础操作和结构静力学分析
2024/7/4
8
属性窗口
属性窗口提供了输入数据的列表， 会根据选取分支的不同自动改变。
白色区域: 显示当前输入的数据。 灰色区域: 显示信息数据，不能
被编辑。
黄色区域: 未完成的信息输入。
2024/7/4
9
图形窗口
模型和结果都将显 示在这个区域中， 包括：
Geometry Worksheet PrintPreview ReportPreview
2024/7/4
6
工具条
常用工具条 图形工具条
Hale Waihona Puke 2024/7/47
结构树
结构树包含几何模型的信息和整个分析 的相关过程。
一般由Geometry、Connections、Mesh、 分析类型和结果输出项组成，分析类型里包 括载荷和约束的设置。
说明分支全部被定义 说明输入的数据不完整 说明需要求解 说明被抑制，不能被求解 说明体或零件被隐藏
2024/7/4
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分析流程操作
初步确定
前处理 求解 后处理
分析类型：静力分析、模态分析 单元类型：壳单元、实体单元
模型类型：零件、组件 建立、导入几何模型
定义材料属性 划分网格
施加载荷和约束 求解
查看结果 得出结论 检验结果的正确性
分析流程操作
1 导入模型 2 定义材料属性 3 设定网格划分参数并划分网格 4 选择分析类型 （Static Analysis、Modal…） 5 施加载荷与约束（设置边界条件） 6 设定求解参数并求解 7 后处理
2024/7/4
14
视图显示
2、结构树 Expand All：展开结构树 Collapse Environments：
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
基于ANSYS的框架结构地震分析教程(静力分析+模态分析+反应谱分析+LS-DYNA时程分析)
!**************************************************************** ! acel,0,0, grav_accel !**************************************************************** ! /solution allsel time,1 OUTRES,ALL,all solve save !---------------------------------------------------------------! /post1 allsel set,last !---------全部结构的竖向位移云图 allsel PLNSOL, U,Z, 0,1.0 进入后处理器/post1 !---------------------------------------------------------------进入求解器 !**************************************************************** 施加重力加速度 !****************************************************************
作者：师访 攥写日期：2016-04-21 Tel: 1 5 9 9 6 8 7 3 0 3 9 QQ: 1 5 4 9 2 2 1 7 5 8 Email: pomato157300@ Website: phipsi.top
0 引言 本文用一个简单的例子来介绍采用 ANSYS 开展地震分析 （包括静态分析、 模 态分析、反应谱分析和 LS-DYNA 时程分析）的一些概念，并给出详细的命令流， 希望能够给那些初学者一些启示和帮助。本文命令流在 ANSYS15.0 下测试通过。 本示例模型如下：
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）。
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注：3月20号，周二课程内容主要是完成下面实验四特别注意：本周六没课，本五周23号，8:00--12:00有课-------------------------------------------------------------------------------------实验四MEMS薄膜压力传感器静力学分析一、实验目的1、掌握静力学分析2、验证理论分析结果3、对不同形状膜的分析结果进行对比二、实验器材能够安装ANSYS软件，内存在512MHz以上，硬盘有5G空间的计算机三、实验说明（一）基本思路1、建模与网格化2、静力学分析3、对结果进行分析和比较（二）问题描述：由于许多压力传感器的工作原理是将受压力作用而变形的薄膜硅片中的应变转换成所需形式的电输出信号，所以我们要研究比较一下用什么样形状的膜来作为压力传感器的受力面比较好。
我们比较的膜形状有三种，分别是圆形. 正方形. 长方形。
在比较的过程中，三种形状膜的面积.，厚度和承受的压力是都是相等的。
设置参数具体为：F=0.1MPa, EX=1.9e11,PRXY=0.3,DENS=2.33e3.单元尺寸为5e-006。
为了选择合适的网格化类型，首先我们拿圆的结构进行一下比较，最后选择比较接近理论计算的网格化类型，通过比较，我们知道映射网格化类型比较优越，所以后面的两种类型膜结构选择了映射网格化。
四、实验内容和步骤圆形薄膜11.先建立一个圆形薄膜：Main Menu>Preprocessor>modeling>Create>volumes>solid cylinder.弹出以个对话框如图，输入数据如图4-1，单击OK.图4-12.设置单元类型：Main Menu>Preprocessor>element type>add/edit/delete,弹出一个对话框，点击add,显示library of element type对话框如图：在library of element type下拉列表框中选择structural solide 项，在其右侧下拉表框中选择brick 8node 45选项，单击OK. 在点击close.如图4-2.图4-23.设置材料属性：Main Menu>Preprocessor>material props> material models,弹出一个对话框，在material models avaiable下面的对话框中双击打开structural>linear>elastic>isotropic，又弹出linear isotropic properties for material Number 1对话框，在EX后面输入1.9E11，在PRXY后面输入栏中输入0.3，在双击density,在DENS后面输入2.33e3,单击OK。
然后单击material>exit,完成材料属性的设置。
如图4-3.图4-34.设置单元尺寸：Main Menu>Preprocessor>meshing>meshtool,弹出一个对话框，单击Global中的SET 按钮，弹出Global element sizes 对话框，输入size=5e-006,然后单击OK。
如图4-4.图4-45..采用自由式网格化生成单元：Main Menu>Preprocessor>meshing>meshtool弹出一个对话框，选择Shape后面的Tet,Free,.然后单击Mesh..在拾取图形，在单击OK。
如图4-5.图4-56.施加约束：Main Menu>solution>define loads>apply>structural>displacement>on areas.拾取圆的周围面，如图：然后单击OK. 又出来一个对话框，选择ALL DOF.单击OK。
如图4-6.图4-67.施加载荷：Main Menu>solution>define loads>apply>structural>pressure>on Areas.出现拾取框，拾取图形上垂直与Z轴并且是穿过坐标（0，0，13.887）的面如图：然后单击OK。
出现一个对话框，在value load pres Valus后面输入100000，单击OK。
如图4-7.图4-78.求解：Main Menu>solution>solve>curentls LS一个信息提示框和对话框，浏览完毕后单击file>close,单击对话框上的OK按钮，开始求解运算，当出现一个solution is done的信息提示框时，单击close按钮，完成求解运算。
9.保存分析结果:utility menu>file>save as.弹出一个对话框，输入plate-resu,.单击OK按钮。
10.显示节点位移云图：Main Menu>generalpostproc>plot results>contour plot>nodal solu,出现如图对话框：在contour nodal solution data对话框中选择item to be contoured>nodal solution>dof solution>displacement vector sum.然后单击OK。
生成位移云图如图4-8.图4-811.显示节点应力云图：Main Menu>generalpostproc>plot results>contour plot>nodal solu，出现如图对话框：在contour nodal solution data对话框中选择item to be contoured> nodal solution>stress>von mises stress,然后单击OK。
生成应力云图如图4-9.图4-9圆形薄膜21.先建立一个圆形薄膜：Main Menu>Preprocessor>modeling>Create>volumes>solid cylinder.弹出以个对话框如图，输入数据如图4-10，单击OK.图4-102.设置单元类型：Main Menu>Preprocessor>element type>add/edit/delete,弹出一个对话框，点击add,显示library of element type对话框如图：在library of element type下拉列表框中选择structural solide 项，在其右侧下拉表框中选择brick 8node 45选项，单击OK. 在点击close.如图4-11.图4-113.设置材料属性：Main Menu>Preprocessor>material props> material models,弹出一个对话框，在material models avaiable下面的对话框中双击打开structural>linear>elastic>isotropic，又弹出linear isotropic properties for material Number 1对话框，在EX后面输入1.9E11，在PRXY后面输入栏中输入0.3，在双击density,在DENS后面输入2.33e3,单击OK。
然后单击material>exit,完成材料属性的设置。
如图4-12.图4-124.设置单元尺寸：Main Menu>Preprocessor>meshing>meshtool,弹出一个对话框，单击Global中的SET 按钮，弹出Global element sizes 对话框，输入size=5e-006,然后单击OK。
如图4-13.图4-135..采用映射式网格化生成单元：Main Menu>Preprocessor>meshing>meshtool弹出一个对话框，选择Shape后面的Hex/Wedge,Sweep.然后单击Sweep.在拾取图形，单击OK。
如图4-14.图4-146.施加约束：Main Menu>solution>define loads>apply>structural>displacement>on areas.拾取圆的周围面，如图：然后单击OK. 又出来一个对话框，选择ALL DOF.单击OK。
如图4-15.图4-157.施加载荷：Main Menu>solution>define loads>apply>structural>pressure>on Areas.出现拾取框，拾取图形上垂直与Z轴并且是穿过坐标（0，0，13.887）的面，然后单击OK。
出现一个对话框，在value load pres Valus 后面输入100000，单击OK。
如图4-16.图4-168.求解：Main Menu>solution>solve>curentls LS一个信息提示框和对话框，浏览完毕后单击file>close,单击对话框上的OK按钮，开始求解运算，当出现一个solution is done的信息提示框时，单击close按钮，完成求解运算。
9.保存分析结果:utility menu>file>save as.弹出一个对话框，输入plate-resu,.单击OK按钮。
10.显示节点位移云图：Main Menu>generalpostproc>plot results>contour plot>nodal solu,出现如图对话框：在contour nodal solution data对话框中选择item to be contoured>nodal solution>dof solution>displacement vector sum.然后单击OK。
生成位移云图如图4-17.图4-1711.显示节点应力云图：Main Menu>generalpostproc>plot results>contour plot>nodal solu,出现如图对话框：在contour nodal solution data对话框中选择item to be contoured> nodal solution>stress>von mises stress,然后单击OK。