有限元分析—模态分析资料
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。
特种车辆方舱结构的有限元模态分析
中图分类 号 ：Ｈ１ 。 ３３ 文 献标识 码 ： Ｔ ６ ０ ８． ３ Ａ
模态分析技术是现代机械产品结构动态设计和分析的基础 ， 问层填充硬聚氨酯泡沫板。通过硬聚氨脂泡沫夹芯层预制 ， 用特 是近年来迅速发展起来的分析系统结构动态特性 的强有力工具 。 殊粘接胶将各部分粘接在一起 的干式制板工艺 。 方舱 由数块大小
王 良模 吴长风 王晨至
（ 南京理 工大学 机械 工程 学院 ， 南京 ２ ０９ ） １０４
Ｆ ｎｔ ｌｍｅ ｔ ｉｉ ｅｅ ｅ ｎ ｄ ｎ ｌｓｓ ｏ ｐ ｃａ ｅ ｉｌ ｑｕ ｒ ａ ｉ ｍｏ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆ ｓ ｅ ｉｌ ｈｃｅ ｓ ａ ｅ ｃ ｂ ｎ ａ ｖ
机 械 设 计 与 制 造
９ ２ 文章编号 ：０ １ ３ ９ （ ０ ８ １ － ０ ２ ０ １０ — ９ ７ ２ ０ ） ０ ９ — ２ １ Ｍ ａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕｅ
第 １ 期 １ ２０ 年 １ ０８ １月
特种车辆方舱结构的有限元模 态分析 术
３ 方舱模态分析
解析模态分析从机械 、 结构 的几何特 胜与材料特性等原始参 数出发 ， 采用有 限单元法形成系统的离散数学模型一 质量矩 阵和
来划分 ，中间一些不规则的区域采用三节点三角形单 元 ｔ ３ ｒ 和 ｉ ａ
六节点五面体单元 ｐ ｎａ 来 过渡划分 。根据方舱 中的加强筋 主 ｅｔ６ 要受轴 向拉压及弯 曲作用 ， 将其视 为纯 弯曲梁 ， 利用等效截 面抗
将单元的全部质量按静力等效原则分配到单元 的所有节点上 ， 可
式 中： 、 一弹性模 量 ； ｜ ，一两梁截 面对 中性轴 的惯性矩。 ｒ２ Ｉ 、 对其进行等效。 将加强筋等效成与其 自己有相 同截面尺寸 的
有限元模态分析报告实例
ANSYS 模态分析实例5.2ANSYS 建模该课题研究的弹性联轴器造型如下图 5.2 :图勺2弹性联轴器1-联接柴油机大铁圈；茁橡胶膜片；3-联接电动机小铁圈在ANSYS 中建立模型，先通过建立如5.2所式二分之一的剖面图，通过绕中轴线旋转建立模拟模型如下图 5.3资料个人收集整理，勿做商业用途_.:q:4 1(.片三 _」」_止5.3单元选择和网格划分由于模型是三给实体模型，故考虑选择三维单元，模型中没有圆弧结构，用六面体单元划分网格不会产生不规则或者畸变的单元，使分析不能进行下去，所以采用六面体单元。
经比较分析，决定采用六面体八结点单元SOLID185，用自由划分的方式划分模型实体。
课题主要研究对象是联轴器中橡胶元件，在自由划分的时候，中间件2网格选择最小的网格，smart size设置为1,两端铁圈的smart size设置为6,网格划分后模型如图5.4。
资料个人收集整理，勿做商业用途5.4边界约束建立柱坐标系R- &Z,如5-5所示，R为径间，Z为轴向选择联轴器两个铁圈的端面，对其面上的节点进行坐标变换，变换到如图5.5所示的柱坐标系，约束节点R，Z方向的自由度，即节点只能绕Z轴线转资料个人收集整理，勿做商业用途5.5联轴器模态分析模态分析用于确定设计中的结构或者机器部件振动特性（固有频率和振型），也是瞬态变动力学分析和谐响应分析和谱分析的起点。
资料个人收集整理，勿做商业用途在模态分析中要注意：ANSYS模态分析是线性分析，任何非线性因素都会被忽略。
因此在设置中间件2的材料属性时，选用elastic材料。
资料个人收集整理，勿做商业用途5.5.1联轴器材料的设置材料参数设置如下表5-1 :表5.1材料参数设置表5.1材料参数设置5.5.2联轴器振动特性的有限元计算结果及说明求解方法选择Damped方法，频率计算结果如表5-2，振型结果为图5.6：表5.2固有频率ANSYSJ(JL Z4 2003DLSPLA 匚 HUENT STEP ■丄 DK 兀■■占 7VNSYSJUL 24 2005X2i27s331阶提型2阶振型4 / 16rrrp-i5X®屹0忙：-1.41®&l^LACE«ETiTSTEP-cli SUE >4MX ・U15一 - __ H ----- ・ ---------ANSYS3阶振型max趴二I(FL 2£QE12:33:244阶振型附6振型(I) 一阶振型频率为40.199Hz,振型表现为大铁圈和中间件顺时针旋转(从小铁圈观察)，小铁圈逆时针旋转。
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。
基于有限元方法的电主轴模态分析
ＩＩ－－ ： … 一 一： （ ＢＫ ． ｚ ： Ｉ ５ Ｉ２ 一 ：１ ： ｍ ∞ ： 一 ｏ ） ：
Ｉ — Ｈ Ｋ２ ２ … Ｋ — Ｍ Ｋ ｍ１ ＾ ｍ 一 Ｃ Ｏ 缈ｌ
将 此式 展开 可得 ∞ 的 ｎ次方 程 ，形 式 如下 ：
基金项目：广西科技厅科技攻关项 目 （ 桂科攻０ ９０ ２ ），高等学校特色专业建设项目 （ＳＺ ９ ） ９２０— ６ Ｔ Ｉ０８ 作者简介：粱双翼 （９８ １７ ～） ， ， 西柳 州人 ， 师 ，工学硕士 ，主要从事Ｃ ＤＣ 女 广 讲 Ａ ， Ａ 方面的研究 。 Ｅ 第３ 卷 第１ ２１－ （ 【７ ４ 期 ０２ １下） ５】
每 一阶 模 态 都 具 有 特 定 的 固 有 频 率 和 模 态 振 型 等 模 态 参数 。模 态分 析 目的 就 是 识 别 出系 统 的 模 态
） 口 ） 以 ） …＋ ｌ ） ＝０ （） ｌ ＋ ２ ＋ 一 ＋ ＋ ６
该 方程 为 系统 特征 方程 ，求 解该 方程 可求 得 ｎ 个 ∞ 根 ，为特征 值 ，开方 后可 得到 １个 固有频 率 ， １ ＿ 按 照 从 小 到 大 的 次 序 称 为 第 １ 、第 ２阶 、 …… 阶 第 １阶 固 有频率 。 １
务Ｉ 匐 似
是 Ｈ０ ５ Ｌ龙门数控铣床电主轴的转子轴结构简图。 转子 轴 在 前 后各 两 个 轴 承 的 支 承下 高 速 旋 转 ，轴
【 】０ ［ ＞ ｏ Ｃ ＝ ，＿ ＝ ，简 化后 的运 动 方程 Ｑ
在对主轴单元进行有限元分析时不必考虑这两者。
［ 位 ＋Ｋ ｛ ＝０ Ｍ】｝ ［】 ） ｛ ｘ ｝
股穗 日翔 ：２ １－０－１ ０１ ８ ２
（） ２
设系统各质量块按照 同频率 和同相位作间谐
精选有限元分析模态分析讲义
精选有限元分析模态分析讲义有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种工程分析方法，通过将连续体离散化为若干个有限单元，建立有限元模型，以求解结构的力学性能和振动特性。
模态分析是有限元分析的重要应用之一，主要用于研究和预测结构的固有频率、振型和模态势能的分布。
以下是一份精选的有限元分析模态分析讲义，包括了模态分析的基本原理、建立有限元模型的步骤和模态分析的结果解读。
一、模态分析的基本原理：1.结构固有频率的定义和意义；2.结构的振型和模态势能的物理意义；3.模态分析的数学模型和假设；4.模态方程的推导和求解方法；5.模态分析的应用示例。
二、建立有限元模型的步骤：1.结构的几何建模和网格划分；2.材料的力学性质和边界条件的定义；3.单元类型和单元参数的选择；4.单元刚度矩阵和质量矩阵的生成；5.结构的总刚度矩阵和总质量矩阵的组装；6.结构的边界约束处理；7.求解结构的固有频率和振型。
三、模态分析的结果解读：1.结构的固有频率和振型的意义及影响因素；2.模态势能的计算和分析；3.结构的频率响应和模态叠加法；4.模态分析结果的验证和灵敏度分析；5.模态分析在结构设计和优化中的应用。
此外，讲义还可以包括以下内容：1.不同类型结构的模态分析实例和案例分析；2.常见的模态分析方法和软件工具的介绍；3.模态分析结果的后处理和可视化方法；4.模态分析中的常见问题和解决方法；5.模态分析在结构健康监测和故障诊断中的应用。
总之，一份精选的有限元分析模态分析讲义应当全面介绍模态分析的基本原理和方法，包括模态分析的建模步骤和结果解读，同时提供实例和案例分析，为学习者提供理论基础和实践指导，使他们掌握有限元模态分析的基本原理和应用技能。
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。
起重机吊臂结构有限元模态分析
从 前 N 万阶方振数型据图 可 以 看 出 $第 <%"阶 振 型 其 振 动 形 态 表 现 为 M吊 臂 绕 尾 部 轴 线 的 垂 直 弯 曲 振 型 $这
图 1 油缸铰孔处应力分布 9(:;1 <=%>??@(?=%(AB=(C)D%CB)@=E>
FGH()@>%’D=():ECH>?
试验采用的测试系统结构为
图 8 测点布置位置 9(:;8 IHHCFD=(C)CJ=E>’>D?B%>’>)=KC()=?
通过测量系 统 得 到 的 各 测 点 应 变 量-需 先 转 化 为应力值-然后根 据 第 四 强 度 理 论 得 到 试 验 等 效 应 力 , L8M
Q 模态计算及分析
*+,-,具 有 强 大 的 模 态 分 析 功 能$它 提 供 了 包 括 ,36R7STU子 空 间 法 V%WT:3ST:U缩 减 法 V% 27JRT:U阻尼法V等 D种模态提取方法."0&考虑到吊 臂的模型规模$选用 WT:3ST:法&
根 据 静 态 分 析 结 果$危 险 工 况 发 生 在 吊 臂 水 平 吊重&故选择吊臂水平工况进行模态分析&
则用
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蒋红旗 万徐方州数师范据大学工学院
齿轮箱有限元模态分析及试验研究报告
齿轮箱有限元模态分析及试验研究报告齿轮箱是现代机械设备中重要的组成部分，它广泛用于各种机械传动系统中，如车辆、工程机械等。
因此研究齿轮箱的动力学特性对于机械传动系统的设计、优化和性能提升具有重要意义。
本文通过有限元模态分析和试验研究，对齿轮箱的动力学特性进行了分析和研究。
首先进行有限元模态分析，使用ANSYS软件建立了三维齿轮箱模型，并对其进行了固有频率和模态分析。
在分析过程中，设定了模型的约束和加载条件，确保模型模拟的真实性与可靠性。
通过模态分析，得到了齿轮箱的固有频率和模态形态，并且确定出了前几个重要频率的数值。
结果表明，齿轮箱的固有频率主要集中在数百Hz的高频段。
为了验证有限元模态分析结果的准确性，本文设计了试验验证方案。
首先，使用激光精密测量仪对齿轮箱的位移进行测量，并将测试数据存储为动态位移序列。
然后，基于FFT算法对动态位移序列进行频谱分析，得到齿轮箱的频响函数。
最后，通过对比有限元模态分析结果与试验结果，验证模型的准确性和可靠性。
试验结果表明，模型的预测结果与试验结果相符，二者的误差在可接受范围内。
综上所述，本文采用有限元模态分析和试验验证两种方法，对齿轮箱的动力学特性进行了研究。
结果表明，齿轮箱具有较高的固有频率，且主要分布在数百Hz的高频段。
通过试验验证，证明了有限元模态分析方法的准确性和可靠性。
这些结果对于齿轮箱的优化设计、结构改进和性能提升具有重要参考价值。
齿轮箱的有限元模态分析和试验研究，采用了多项相关数据。
在本文中，我们主要关注以下数据：1. 齿轮箱模型的材料性质2. 模型的约束和加载条件3. 模型的固有频率和模态形态4. 齿轮箱的位移测试数据5. 齿轮箱的频响函数6. 模型预测结果与试验结果的误差对于第一项数据，齿轮箱的材料性质是有限元模型分析的关键。
正确的材料参数可以确保分析结果的准确性和可靠性。
在本文中，我们将齿轮箱的材料定义为铸铁，其杨氏模量为169 GPa，泊松比为0.27。
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。
有限元分析—模态分析-2023年学习资料
第二节：术语和概念-通用运动方程：-Mi+c+ku=F->假定为自由振动并忽略阻尼：[M]{+[K]K4} {O}-假定为谐运动：-[K]-o2[M]u}={oy-这个方程的根是02，即特征值，i的范圆从1到自由度 的数目，相应的向量是{u,即特征向量。-注意：·模春分折假定结构是线性的，[M和[K]保持为事数-·简潜运 方程u=uoC0swt,其中w为自振圆周频率（狐度/秒）
第一节：模态分析的定义和目的-第二节：对模态分析有关的概念、术语以及-模态提取方法的讨论-第三节：-学会如 在ANSYS中做模态分析-第四节：-做几个模态分析的练习-第五节：-学会如何做具有预应力的模态分析-第六节 学会如何在模态分析中利用循环对称性
第一节：定义和目的-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-D振型振型参与条数（即在特定方向上某个振型在多火程-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 。
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 度矩阵[K灯的问题：-少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-虚数部分表示稳定性，负值表示 定，正值表示不确定-注意：不对称方法采用Lancz0s算法，不执行Sturm序列检查，所-以造漏高端频率。
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朋显，就要-使用阻尼法：-主要用于回转 动力学中，这时陀螺阻尼应是主要的；-D在ANSYS的BEAM4和PIPE16单元中，可以通过定义实常数中SPIN旋转速度，孤度/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 ；-实数部分表示稳定性，负值表示稳定，正值表示不确定。-注意：-该方法采用Lancz0s算法-不执行Stu m序列检查，所以造漏高端频率-不同节点间存在相差-响应幅值=实部与虚部的矢量和
有限元分析-模态分析
观察结果
观察振型 （接上页）：
振型可以制作动画： Utility Menu > PlotCtrls > Animate > Mode Shape...
观察结果的典型命令
○ 在后处理中观察振型； ○ 计算单元应力； ○ 进行后继的频谱分析。
选择分析类型和选项
模态扩展 （接上页）： 建议： 扩展的模态数目应当与
提取的模态数目相等，这样做 的代价最小。
选择分析 类型和选 项
其它分析选项：
○ 集中质量矩阵： ● 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。
典型命令:
/POST1
SET，LIST
观察结果
列出自然频率：
在通用后处理器菜单中选择 “Results Summary”；
注意，每一个模态都保存在单独的子步中。
观察结果
观察振型：
首先采用“ First Set”、“ Next Set” 或“By Load Step” 然后绘制模态变形图： shape： General Postproc > Plot
• 2.3工程实例 • 有限元法基本思想节点位移与节点载荷 • 单元刚度矩阵 • 单元刚度矩阵的坐标变换 • 总的刚度矩阵叠加 • 位移
01
模态分析的定义和目 的
03
模态提取方 法的讨 论
05
做几个模态分析的练 习
07
学会如何在模态分析 中利用循环对称性
02
对模态分析有关的概 念、术语以及
ansys有限元模态分析详解
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
•
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
模态分析
… 定义和目的
模态分析的优点
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
• 使结构设计避免共振或按特定频率进行振动（例如扬声器） • 使工程师可以认识到对于不同类型的动力载荷结构是如何响应的 • 有助于在其它动力分析中估算求解控制参数（如时间步长）
1-7
模态分析 – 术语和概念
模态提取法
• 在ANSYS中有以下几种模态提取方法：
– – – – – – – 分块Lanczos 法（缺省） 子空间法 PowerDynamics法 缩减法 非对称法 阻尼法(full) QR 阻尼法
培训手册
ANSYS80模态分析——段志东制作
•
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
培训手册
1-11
ANSYS80模态分析——段志东制作
模态分析 – 术语和概念
… 模态提取法 – 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：
– 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： • 在选择主自由度需要有很高的要求 • 分块Lanczos 法能有效的取代该方法 • 降低了硬件的花费
有限元分析—模态分析
有限元分析—模态分析有限元分析是一种结构力学领域的分析方法，可以对结构进行数值求解，以获得其固有频率和振型。
模态分析是其中的一种应用，用于研究结构在固有频率下的振动情况。
本文将介绍有限元分析的基本原理、模态分析的步骤和应用，并讨论其在实际工程中的重要性。
有限元分析是一种利用数值方法对结构进行力学分析的技术。
它将结构离散化为有限数量的单元，通过单元之间的相互作用来模拟整个结构的力学行为。
在进行模态分析时，通常采用线性弹性模型，即假设结构在固有频率下是线性弹性振动的。
模态分析的主要目标是确定结构的固有频率和振型。
固有频率是结构自由振动的频率，与结构的几何形状、材料性质和边界条件等相关。
振型则描述了结构在不同频率下的振动模式。
通过模态分析，可以了解结构在特定频率下的振动情况，为结构设计和改进提供依据。
模态分析的步骤主要包括：建模、网格划分、边界条件的定义、求解和结果分析。
建模是指将实际结构抽象为数学模型，在计算机上进行仿真。
网格划分是将结构划分为有限数量的单元，以便进行数值求解。
边界条件的定义是指确定结构的受力和支撑情况，包括约束、荷载等。
求解是指通过数值计算方法求解结构的固有频率和振型。
结果分析是对求解结果进行解释和评价，了解结构的振动特性。
模态分析在工程中具有广泛的应用。
首先，它可以用于优化结构设计。
通过模态分析，可以评估结构在不同固有频率下的振动情况，从而优化结构的设计参数，使其在工作频率下保持稳定。
其次，模态分析可以用于故障诊断。
结构的振动特性在受到损伤或故障时会发生变化，通过模态分析可以检测出这些变化，从而确定结构的健康状况。
最后，模态分析还可以用于结构改进。
通过分析结构的振动模式，可以确定结构的薄弱部位，从而采取相应的改进措施，提高结构的性能。
在实际工程中，模态分析具有重要的应用价值。
例如，在航空航天领域，模态分析可用于研究航空器的振动特性，以评估其结构的可靠性和安全性。
在建筑领域，模态分析可用于评估建筑物的地震响应性能，从而确保其在地震中的安全性。