ansys固定界面模态综合法
[专题]ANSYS模态综合法技术
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ANSYS模态综合法技术结构系统动力分析通常采用总体结构有限元法，但该方法对于复杂大型结构进行分析存在计算规模大，计算时间长，所用的磁盘空间、计算机系统太庞大，如飞机、车辆、船舶、高层建筑等整体结构。
特别是用有限元法进行较高频率振动分析时，要求结构被划分成非常多的单元数以便获得详细的位移和应力特性。
这时结构模型的节点自由度可能达到几十万甚至上百万，直接求解如此庞大的模型是很困难。
即使能够分析，也要耗费大量机时，效率极低。
模态综合法（Component Mode Synthesis）就是在这样的背景下发展起来的一种缩减自由度方法。
它可以将大模型化小，先进行各个子结构的模态分析，然后进行模态综合。
由于仅采用了各个子结构的低阶模态，因而使所建立整体结构动力模型的自由度数大大降低，而且可以在不同的机器上对各子结构进行模态分析提高计算速度。
一. ANSYS模态综合法原理模态综合法的基本思想是根据复杂结构的特点将整体结构划分成若干子结构，对各个子结构分别进行模态分析，得到其动力特性。
再利用子结构间力平衡条件及位移协调条件将各子结构部分低阶模态特性综合，由此得到整体结构的动力特性。
ANSYS是一款著名的商业化大型通用有限元软件，广泛应用于航空航天、机械制造等领域，对飞机、车辆、船舶、高层建筑等大型结构的动力分析有着完整的解决方案。
ANSYS的模态综合法采用固定界面和自由界面模态综合法，基本概念：1) 固定界面模态综合法的基本思想是将各子结构与其它子结构相连接的界面自由度完全约束，求出此时子结构的低阶主模态集。
然后通过释放子结构界面自由度，分别得到子结构的刚体模态集和约束模态集，由、和组成子结构的Ritz基。
2) 自由界面模态综合法的基本思想是把子结构从整体系统中分割出来，将子结构间界面自由度上的约束全部去掉，对界面自由度的子结构进行模态分析。
然后利用相邻子结构界面位移协调条件和力平衡条件将各子结构综合成一个整体。
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。
模态综合法和ANSYS在甘蔗收割机切割系统上的应用
关 键 词 ：农 业 工 程 ；切 割 器 ；应 用 ；模 态 模 型 ；有 限元 模 型 ；结 构 动态 设 计 ；Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 中图 分 类 号 ：￥２ ５５ ３ ２ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ Ｏ — １ ８ ２ ０ ）３ ０ ７ － ０ Ｏ３ ８ Ｘ（ ０ ８ ０ － １ １ ４
【】 ｊ ｄ二 ） 。 【】 ｊ ｄ二 ）
示 成 以下 形 式
（） ４ （） ５
振 型 叠 加 法 或 其 它 类 似 方 法 求 得 。 总 的 来 说 ， 自由 界 面 模 态综 合 法 更 符 合 当前 动 态测 试 要 求 ，便 于和
经 过 模 态 坐 标 变 换 ，子 结 构 的 运 动 方 程 可 以表
实 验 方 法 、结 合 面 参 数 测 试 等 手 段 相 结 合 。
Ａ Ｓ Ｓ是 Ａ Ａ Ｙ Ｉ Ｓ Ｓ Ｅ ＮＹ Ｎ Ｌ Ｓ Ｓ Ｙ Ｔ Ｍ的 简 写 ， 是 美 国
】） ） ｛＝ 协＋ 】 ＋ ｑ ｝ 】）
的 ，所 以应 该 满 足连 续 条 件 ，即
（ ６ ）
因 为 两 个 子 结 构 连 接 界 面 的 位 移 是 相 互 联 系
维普资讯
２０ ０ ８年 ３月
农 机 化 研 究
第 ３期
模 态 综 合 法 和 ＡＮＳ Ｓ在 甘 蔗 收 割 机 切 割 系 统 上 的 应 用 Ｙ
孙 德 鹏 ，蒲 明 辉 ，万
佳。 ，纪 东伟
３ ０ １ （１ 广 西 大 学 机 械 工 程 学 院 ，南 宁 ５ ０ ０ ２ 南 昌 大 学 机 电 工 程 学 院 ，南 昌 ３ ０ ３ ） ． ３ ０ ４； ．
生 ， （ －Biblioteka ａ ） １ ｄ １ ７ ０ ０ ＠ ２ ． ｏ 。 Ｅ ｍ ｉ ｄ ｐ ９ ８ ７ １ １ ６ ｃ ｍ １ Ｓ
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_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。
ANSYS-CHINA 媒体文章
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模态分析详解(word文档良心出品)
ANSYS动力学分析指南作者: 安世亚太第一章模态分析§1.1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产品家族中的模态分析是一个线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。
阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。
后面将详细介绍模态提取方法。
§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。
同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。
后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。
而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。
（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。
<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。
§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。
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中模态分析法
模態分析 - 術語和概念 模態提取方法模態提取方法- 子空間法
• 子空間法比較適合於提取類似中型到大型模型的較少的振型 （ <40） <40） • 需要相對較少的內存； 需要相對較少的內存； • 實體單元和殼單元應當具有較好的單元形狀，要對任何關於單 實體單元和殼單元應當具有較好的單元形狀， 元形狀的警告訊息予以注意； 元形狀的警告訊息予以注意； • 在具有剛體振型時可能會出現收斂問題； 在具有剛體振型時可能會出現收斂問題； • 建議在具有約束方程時不要用此方法。 建議在具有約束方程時不要用此方法。
模態分析 第二節︰ 第二節︰ 術語和概念
通用運動方程︰ 通用運動方程︰
& & [M ]{u&} + [C ]{u} + [K ]{u} = {F (t )}
& [M ]{u&} + [K ]{u } = {0}
假定為自由振動並忽略阻尼︰ 假定為自由振動並忽略阻尼︰
假定為諧運動︰ 假定為諧運動︰
([K ] − ω [M ]){u } = {0}
注意: 不對稱方法採用Lanczos算法,不執行Sturm序列檢查, Lanczos算法 Sturm序列檢查 注意: 不對稱方法採用Lanczos算法,不執行Sturm序列檢查,所以遺漏高端頻 率.
模態分析 - 術語和概念 模態提取方法模態提取方法- 阻尼法
• 在模態分析中一般忽略阻尼，但如果阻尼的效果比較明顯，就要使 在模態分析中一般忽略阻尼，但如果阻尼的效果比較明顯， 用阻尼法︰ 用阻尼法︰ • 主要用於回轉體動力學中，這時陀螺阻尼應是主要的； 主要用於回轉體動力學中，這時陀螺阻尼應是主要的； • 在ANSYS的BEAM4和PIPE16單元中，可以透過定義實常數中的SPIN ANSYS的BEAM4和PIPE16單元中 可以透過定義實常數中的SPIN 單元中， 旋轉速度，弧度/ 選項來說明陀螺效應； （旋轉速度，弧度/秒）選項來說明陀螺效應； • 計算以複數表示的特徵值和特徵向量。 計算以複數表示的特徵值和特徵向量。 • 虛數部分就是自然頻率； 虛數部分就是自然頻率； • 實數部分表示穩定性，負值表示穩定，正值表示不確定。 實數部分表示穩定性，負值表示穩定，正值表示不確定。
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
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由[C
]
IJ
I JJ
[
K
II ]1[ I JJ
K
IJ
]
确定约束模态
C
。
坐标变换后可得子结构运动方程：
[M ] []T [M ][] [K ] []T [K ][]
[M ]{u}+[K]{u}={f}
[M ]{p}+[K]{p}={F}
的，略去高阶主模态，在
N
中保留k列低阶主模态
，缩减后的变换为：
k
{u}=
uuJI
=[]{p}=[
k
C
]
pk pC
=
Ik
OJk
IC I JJ
pk pC
由 ([KII ] 2[M II ]){Ik } {0} 确定主模态[ Ik ] 。
2、固定界面模态综合法
模态综合法思想[1]：将整体结构划分成若干子结构，对各个子
结构分别进行模态分析，得到其动力特性。再利用子结构间力平衡条件 及位移协调条件将各子结构部分低阶模态特性综合，由此得到整体结构 的动力特性。
目前模态综合法按对接界面分为两类[2]：
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 火电
pk pc
[T
]{q}
式中{ pk }是相应于所有子结构的主模态坐标，{ pc }是所有子结构各界面 中的独立模态坐标，{pc'}是可以用 {pc}表示的非独立的界面模态坐标，[B]
是它们的转换关系。将扩充后的运动方程进行装配变换得到系统广义运
动方程。
[M *]{q}+[K*]{q}={0}
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}=
uuJI
=[]{p}=[
N
C
]
pN pC
=
IN
OJN
IC I JJ
pN pC
这里I表示内部自由度，J表示交界面自由度， N 表示主模态，C表示 约束模态。这里主模态是完备的没有略去高阶主模态，为了达到缩减的目
(1)
0
(2)
0
(m)
(1) M
M
'
0
(2) M
0
(m) M
同理可扩充 [K '] ，最后可获得模态坐标下的非耦合非独立的一组整体
运动方程。
[M ' ] []T [M ' ][]
子结构1（part1） 子结构2（part2）
3、ANSYS FIXED-CMS法算例
3、使用超单元
1、超单元类型
[I ]
0
0
0
0 [I] 0 [I]
0
0
[I ]
0
( )
(
)
( )
pk pc pk
[T
]{q}Leabharlann 多个子结构 p
pk pc pc '
I
0
0
0
I
B
[F ] []T [ f ]
2、固定界面模态综合法
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）
1、力平衡条件：由于界面对接力总是成对出现的，当系统除对接力无 其它外力作用时，装配后系统方程的右端项为零。
2、位移协调条件：即位移连续。
现将子结构扩充到整个结构，建立一组非耦合但不独立的整体运动方 程。
区
无需确定刚体模态
别
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C-B法[1]。
基本过程：
1、分割子结构，固定各个交界面自由度。 2、求出个子结构的低阶主模态集[k ]，和约束模态集[c ] 。 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。
[M *] [T ]T [M ' ][T ] [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
图5.正方形悬臂板模型简图
几何模型
3、ANSYS FIXED-CMS法算例
2、创建超单元 1、分析选项
antype,substr
cmsopt,fix,20
2、选择组件
cmsel,s,part1
cmsel,s,interface
3、定义主自由度
m,all,all （交界面）
4、求解并保存
nsle solve finish save 同理可创建超单元part2
pk pc
{(
)
p}
( (
) )
pk pc
对界面的位移连续条件为：{( ) pc} {( ) pc} 从而得到第二次坐标变换
p
pk pc
( ( ( (
) ) ) )
pk pc pk pc
[M ' ]{u}+[K' ]{u}={f}
[M ' ]{p}+[K' ]{p}={F}
[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：
{ (
)
p}
( (
) )
3、ANSYS FIXED-CMS法算例
以长和宽2的正方形悬臂板为例：材料 参数：弹性模量E=2.1e11 泊松比0.3，密 度7.3e3 ，厚度t=0.05。计算它在有限元法 和固定界面模态综合法的固有频率并对比。
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