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。

施加约束，Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。

求解，Main Menu-Solution-Solve-Current LS。

(3).扩展模态

如果要在POSTI中观察结果，必须先扩展模态，即将振型写入结果文件。过程包括

重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。

激活扩展处理及其选项，Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes。

指定载荷步选项。

扩展处理，Main Menu-solution-Solve-Current LS。

注意:扩展模态可以如前述办法单独进行，也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。本例即采用了后面的方法

(4).查看结果

模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等．

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1均匀直杆的模态分析实例问题描述及解析解3.己知杆材料的弹性模一端固

定，一端自由。图8-1所示为一根长度为L的等截面直杆，

32要求计算直杆纵向振动的固有p=7800 kg/护，密度L=0.1 m.，杆长量E=2× N/11mm10频率。

阶固有频i假设直杆均匀伸缩，如图8-1所示等截面直杆纵向振动第根据振动学理论，率为?E)?1(2i)

rad/s (i=1,2=…?i?L2转化为周频率f，并将已知参数代入，可得将角频率?i11?2E1i1?22i??10i Hz (8-1) （===2i-1）= 12659f i??780021.?L440 8-1所示。计算出直杆的前按式(8-1)5阶频率，列表如表5 4 2 阶次1 3

113933

88615

63296

12659

Hz频率（）37978

4.分析步骤 4.1改变工作名所示的对话框，在Utility Menu-File-Change Jobname 拾取菜单弹出如图8-2 按钮。单击“文本框中输入孜??乌??EXAMPLE8,?

. 2

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创建单元类型4.2弹出对话框，单击拾取菜单Main M--Preprocessor-Element

Type-Add/Edit/Delete,Brick ，在右侧列表中选择Structural ?摤按钮:弹出对话框，在左侧列表中选择潓楬層汃獯履:作屋20node 186,单击按钮单击对话框的“按钮。. 3

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4.3定义材料属性

拾取菜单Main Menu-Preprocessor--Material Props-Material Models.弹出对话框，在右侧列表中依次双击卜牴捵畴慲屬??湩慥屲??慬瑳捩?尠獉瑯潲楰屣，弹出对话框，在?屘文本框中输入2e11(弹性模量).在停塒屙文本框中输入0.3(泊松比).单击作屋按钮:再双击右侧列表中卜牴捵畴慲屬下Density,弹出对话框，在?久屓文本框中输入7800(密度)，单击作屋按钮。然后对话框。

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6

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4.4创建块

拾取菜单Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- Volumes - Block – By Dimension。弹出对话框，在塜??文本框中输入0,0.01，在奜??文本框中输入0，0.01，在婜??文本框中输入0，0,1,单击作屋按钮。

. 7 .

4.5划分单元

拾取菜单Main Menu-Preprocessor-Meshing-MeshTool。弹出对话框，单击''Size.

Controls''，区域中?湩獥后卜瑥，按钮，弹出拾取窗口，任意拾取块x轴和y轴方向的边各一条(短边)，单击?按钮，弹出对话框, 在乜?屖文本框中输入3，单击?灰祬按钮:再次弹出拾取窗口，拾取块z轴方向的边(长边)，单击作屋按钮。在乜?屖文木框中输入15,单击作屋按钮。

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