模态分析和频率响应分析的目的
模态分析和频率响应分析的目的
有限元分析类型一、nastran中的分析种类（1）静力分析静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段，主要用来求解结构在与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷（如集中载荷、分布载荷、温度载荷、强制位移、惯性载荷等）作用下的响应、得出所需的节点位移、节点力、约束反力、单元内力、单元应力、应变能等。
该分析同时还提供结构的重量和重心数据。
（2）屈曲分析屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，NX Nastran中的屈曲分析包括两类：线性屈曲分析和非线性屈曲分析。
（3）动力学分析NX Nastran在结构动力学分析中有非常多的技术特点，具有其他有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。
结构动力分析不同于静力分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用。
NX Nastran的主要动力学分析功能：如特征模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频率响应分析、非线性瞬态分析、模态综合、动力灵敏度分析等可简述如下：❑正则模态分析正则模态分析用于求解结构的固有频率和相应的振动模态，计算广义质量，正则化模态节点位移，约束力和正则化的单元力及应力，并可同时考虑刚体模态。
❑复特征值分析复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型，分析过程与实特征值分析类似。
此外Nastran的复特征值计算还可考虑阻尼、质量及刚度矩阵的非对称性。
❑瞬态响应分析（时间-历程分析）瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应，分为直接瞬态响应分析和模态瞬态响应分析。
两种方法均可考虑刚体位移作用。
直接瞬态响应分析该分析给出一个结构随时间变化的载荷的响应。
结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。
该分析在节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分，直接瞬态响应分析求出随时间变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。
振动力学与结构动力学研究
振动力学与结构动力学研究振动力学和结构动力学是机械工程领域中非常重要的研究方向。
本文将介绍振动力学和结构动力学的基本概念、研究内容和应用领域。
一、引言振动力学是研究物体在受到外力作用时如何振动的学科。
它包括自由振动、受迫振动和阻尼振动等内容。
振动力学的研究对于理解物体振动的特性以及对其进行控制和优化具有重要意义。
结构动力学是研究物体在受到外力作用时的动力响应的学科。
它主要包括结构的自由振动、受迫振动和响应谱分析等内容。
结构动力学在工程设计中起着至关重要的作用，可以评估结构的安全性、稳定性和舒适性等方面的参数。
二、振动力学研究1. 自由振动自由振动是指物体在没有外界干扰的情况下以自身固有频率振动的现象。
通过分析物体的固有频率和振型，可以了解物体的振动特性以及其对外界干扰的敏感程度。
在振动力学研究中，常用的方法包括模态分析和频率响应分析。
模态分析是通过测量物体在不同频率下的振动模态，获得其固有频率、振型和阻尼比等参数。
频率响应分析则是通过施加不同频率的外力，观察物体的振动响应，以获取其频率响应函数和阻尼参数。
受迫振动是指物体在外界施加周期性力或非周期性力的情况下产生的振动现象。
在振动力学研究中，受迫振动被广泛应用于机械系统的振动控制和信号分析。
受迫振动的研究包括强迫振动和共振现象。
强迫振动是指物体在受到周期性外力作用后的振动响应。
共振是指物体在受到特定频率的外力作用时，振幅增大到最大值的现象。
3. 阻尼振动阻尼振动是指物体在振动过程中由于阻力的存在而逐渐减小振幅的现象。
阻尼对振动系统的稳定性和动态响应有重要影响。
在振动力学研究中，常用的阻尼模型包括线性阻尼、非线性阻尼和阻尼比等。
通过分析阻尼对振动系统的影响，可以优化结构的设计和减小振动的能量损耗。
三、结构动力学研究1. 自由振动在结构动力学的研究中，自由振动是一个重要的内容。
通过分析结构的固有频率和振型，可以了解结构的振动特性和稳定性。
自由振动的研究方法包括模态分析和有限元分析。
模态分析的目的和意义
模态分析的目的和意义模态分析是关于寻找特征值和特征向量。
特征值是关于知道对应于结构的一些基本振动模式的频率。
实践中，为了避开这些基频，防止共振，有时需要加强振动。
根据实际需要，基本固有频率可以给我们一个判断我们结构变形快慢的准则，基本固有频率也可以代表整个结构的刚度:频率低说明结构刚度很低(结构很软)，反之频率高。
该结构的硬度根据需求而变化。
比如刚性的高层设计虽然不会晃动太大，但是不容易吸收地震能量。
相反，高层建筑的柔性设计往往可以吸收很多地震能量，虽然会晃动很多。
振动模式有什么实用价值？从振动状态的形状可以知道结构在某一固有共振频率下的变形趋势。
要加强结构的刚性，可以从这些薄弱部位加强。
举个例子，在高层建筑的设计中，如果模态分析显示最低频率的振动状态是在整个高层建筑的扭转方向，那就说明这个方向的刚度是首先要加强的部分。
模态截断理想情况下，我们希望得到结构的完整模态集，这在实际应用中既不可能也没有必要。
实际上，并非所有模式对响应的贡献都相同。
对于低频响应，高阶模态的影响较小。
就实际结构而言，我们往往对它的前几个或十几个模态感兴趣，高阶模态往往被丢弃。
虽然这样会造成一点误差，但是频响函数的矩阵阶次会大大降低，工作量也会大大减少。
这种处理方法称为模态截断。
实例解释模态分析简单地说，模态分析是根据用结构的固有特征，包括频率、阻尼和模态振型，这些动力学属性去描述结构的过程。
那只是一句总结性的语言，现在让我来解释模态分析到底是怎样的一个过程。
不涉及太多的技术方面的知识，我经常用一块平板的振动模式来简单地解释模态分析。
这个解释过程对于那些振动和模态分析的新手们通常是有用的。
考虑自由支撑的平板，在平板的一角施加一个常力，由静力学可知，一个静态力会引起平板的某种静态变形。
但是在这儿我要施加的是一个以正弦方式变化，且频率固定的振荡常力。
改变此力的振动频率，但是力的峰值保持不变，仅仅是改变力的振动频率。
同时在平板另一个角点安装一个加速度传感器，测量由此激励力引起的平板响应。
模态分析及意义介绍
六 模 态 分 析 总 结
五 模 态 举 例 CAE
四 模 态 试 验 举 例
三 模 态 问 题 举 例
二 整 车 模 态 分 布
一 模 态 基 础 理 论
车架前三阶模态振型：
五
图2-1 第一阶频率
模 态 举 例 CAE
图2-2 第二阶频率
图2-3 第三阶频率
五 模 态 举 例 CAE
阶次
CAE计算
一 模 态 基 础 理 论
1.3模态分析基本原理 模态分析有很多种方法，仅介绍频域法模态拟合的基本原理：
一 模 态 基 础 理 论
经离散化处理后，一个结构的动态特性可由N 阶矩阵微分方程描述：
经过拉普拉斯变换等处理，可得到频率响应函数矩阵H(ω)，该矩阵 中矩阵中第i行第j列的元素
ωr、ξr 、Φr分别称为第r 阶模态频率、模态阻尼比和模态振型 。
100
0.056
4.79
3.47
0.229
0.748
0.646
Mode3
26.684 Hz
0.013
0.056
100
0.012
0.11
5.384
0.002
0.003
Mode4
36.487 Hz
2.957
4.79
0.012
100
1.377
0.003
1.179
1.786
Mode5
51.299 Hz
1.022
３.2方向盘低速抖动问题 某样车5档缓加方向盘12点Z向振动colormap图
三
2700.00 2.01 4.90
模 态 问 题 举 例
Tacho1 (T1)
模态分析及意义介绍
模态分析及意义介绍模态分析是一种定量研究手段，用于解释和预测决策问题。
它基于概率理论和数学模型，结合多个影响因素，以及不确定性和风险因素，分析不同情景下的决策结果。
模态分析具有广泛的应用领域，例如项目管理、金融投资和政策制定等。
模态分析的基本原理是通过建立数学模型，模拟在不同情景下的决策结果。
这些情景通常包括决策变量的不同取值，以及其他相关因素的变化。
通过计算模型中不同情景下的决策结果，可以比较不同方案的优劣，并预测可能出现的风险和不确定性。
模态分析的意义主要体现在以下几个方面：1.提供决策支持：模态分析可以帮助决策者在制定决策方案时考虑到多种不确定因素和风险。
通过模拟不同情景下的决策结果，决策者可以更全面地评估不同方案的风险和潜在收益，从而做出更明智的决策。
2.预测可能的风险和不确定性：在现实生活中，决策过程往往伴随着不确定因素和风险。
模态分析可以通过模拟不同情景下的决策结果，识别可能的风险和不确定性，并为决策者提供相应的预测和应对策略。
3.评估方案的可行性和稳定性：模态分析可以帮助决策者评估不同方案的可行性和稳定性。
通过模拟不同情景下的决策结果，可以比较各种方案的优劣，并评估其在不同情况下的表现。
4.提供决策方案的灵活性：模态分析可以提供决策方案的灵活性。
通过分析不同情景下的决策结果，决策者可以调整决策方案，以适应不同情况下的需求和要求。
5.优化资源利用和风险控制：模态分析可以帮助决策者优化资源利用，降低风险。
通过模拟不同情景下的决策结果，可以找到最佳方案和最合理的资源配置，从而达到资源的最大利用和风险的最小化。
总之，模态分析是一种重要的决策支持工具。
它可以帮助决策者全面评估决策方案的优劣，并预测可能出现的风险和不确定性。
通过模态分析，决策者可以做出更明智、更有针对性的决策，以实现最佳的决策结果。
模态分析和频率响应分析的目的
有限元分析类型一、nastran中的分析种类（1）静力分析静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段，主要用来求解结构在与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷（如集中载荷、分布载荷、温度载荷、强制位移、惯性载荷等）作用下的响应、得出所需的节点位移、节点力、约束反力、单元内力、单元应力、应变能等。
该分析同时还提供结构的重量和重心数据。
（2）屈曲分析屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，NX Nastran中的屈曲分析包括两类：线性屈曲分析和非线性屈曲分析。
（3）动力学分析NX Nastran在结构动力学分析中有非常多的技术特点，具有其他有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。
结构动力分析不同于静力分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用。
NX Nastran的主要动力学分析功能：如特征模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频率响应分析、非线性瞬态分析、模态综合、动力灵敏度分析等可简述如下：❑正则模态分析正则模态分析用于求解结构的固有频率和相应的振动模态，计算广义质量，正则化模态节点位移，约束力和正则化的单元力及应力，并可同时考虑刚体模态。
❑复特征值分析复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型，分析过程与实特征值分析类似。
此外Nastran的复特征值计算还可考虑阻尼、质量及刚度矩阵的非对称性。
❑瞬态响应分析（时间-历程分析）瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应，分为直接瞬态响应分析和模态瞬态响应分析。
两种方法均可考虑刚体位移作用。
直接瞬态响应分析该分析给出一个结构随时间变化的载荷的响应。
结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。
该分析在节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分，直接瞬态响应分析求出随时间变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。
ADAMS振动分析
ADAMS振动分析介绍ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是一款广泛应用于机械工程领域的多体动力学仿真软件。
它可以用于对机械系统的运动、动力、力学性能进行仿真和分析。
其中一项重要应用就是进行振动分析。
振动是机械系统中普遍存在的现象，对于复杂的机械系统，振动分析是非常重要的。
在设计阶段进行振动分析可以对系统的结构进行优化，减少振动对系统的破坏，并提高系统的可靠性和性能。
振动分析方法ADAMS提供了多种振动分析方法，包括模态分析、频率响应分析和随机响应分析等。
模态分析模态分析是振动分析中常用的方法之一。
它通过计算机模拟的方式，求解结构系统的振型、振荡频率和振动模态的特性。
在ADAMS中，我们可以使用模态分析来确定系统的固有频率和振型。
通过模态分析，我们可以了解系统的固有振动特性，为后续的振动设计提供参考。
频率响应分析频率响应分析是用来研究结构在激励下的振动响应。
在ADAMS中，我们可以通过对系统施加激励，来计算系统在不同频率下的响应。
通过频率响应分析，我们可以了解系统在不同频率下的振动特性，判断系统是否存在共振现象，并优化系统的设计以避免共振。
随机响应分析随机响应分析是用来研究结构在随机激励下的振动响应。
在ADAMS中，我们可以通过模拟随机激励，并计算系统的随机响应。
随机响应分析可以用来评估系统的结构强度和稳定性，预测系统遇到随机激励时的振动响应。
ADAMS中的振动分析步骤在ADAMS中进行振动分析的一般步骤如下：1.构建模型：在ADAMS中构建机械系统的模型，包括系统的刚体、连接关系、约束和激励等。
2.定义材料属性：为模型中的各个部件定义材料属性。
这些属性包括材料的密度、弹性模量、泊松比等。
3.应用边界条件：定义模型中的边界条件，如约束、初始位移等。
4.进行振动分析：选择适当的振动分析方法，如模态分析、频率响应分析或随机响应分析，并设置计算参数。
什么是模态分析,模态分析有什么用
什么是模态分析,模态分析有什么用什么是模态分析模态分析有什么用结构劢力学分析中，最基础、也是最重要的一种分析类型就是“结构模态分析”。
模态分析主要用亍计算结构的振劢频率和振劢形态，因此，又可以叫做频率分析戒者是振型分析。
劢力学分析可分为时域分析不频域分析，模态分析是劢力学频域分析的基础分析类型。
基础理论劢力学控制方程可表示为微分方程：其中，[ M ] 为结构质量矩阵，[ C ] 为结构阷尼矩阵，[ K ] 为结构刚度矩阵，{ F } 为随时间变化的外力载荷函数，{ u } 为节点位移矢量，为节点速度矢量，{ ü } 为节点加速度矢量。
在结构模态分析中丌需要考虑外力的影响，因此，模态分析的劢力学控制方程可表示为：理想情况下，结构在振劢过程中，丌考虑阷尼效应，也就是所谓的自由振劢情况，模态分析又可描述为：对上迚一步分析，假设此时的自由振劢为谐响应运劢，也就是说u = u 0 sin( ωt )，上又可迚一步描述为：对上式求解，可得方程的根是ω i²，即特征值，其中i 的范围是从1 到结构自由度个数N （有限元分析中，自由度个数N 一般丌超过分析模型网格节点数的三倍）。
特征值开平方根是ω i ，即固有圆周频率，这样，结构振劢频率（结构固有频率）f i就可通过公式f i = ω i /2 π 得到。
有限元模态分析可以得到f i 戒者ω i ，都可以用来描述结构的振劢频率。
特征值对应的特性矢量为{ u } i 。
特征矢量{ u } i表示结构在以固有频率f i振劢时所具有的振劢形状（振型）。
模态分析中的矩阵1. 模态分析微分方程组包含六个矩阵：[ K ] 代表刚度矩阵。
可参考“结构静力学”中的解释说明。
{ u } 代表位移矢量。
主要用来描述模态分析的振型。
可参考“结构静力学”中的解释说明，但一定要注意，模态分析中得到的位移矢量不静力学分析中位移矢量代表变形丌同。
[ C ] 代表阷尼矩阵。
建筑结构动力学分析与优化
建筑结构动力学分析与优化建筑结构动力学是研究建筑物在外部力作用下的振动特性及其对结构性能的影响的学科。
通过动力学分析与优化，可以确保建筑物在受到地震、风载等外部力作用时具有良好的稳定性和抗震性能，保障人员生命安全和财产安全。
本文将从动力学分析的基本原理、优化方法以及应用实例三个方面进行论述。
一、动力学分析的基本原理建筑结构的动力学分析主要包括模型建立、载荷确定和响应计算三个步骤。
模型建立：建筑结构的动力学分析通常使用有限元法进行数值计算。
首先，需要根据实际建筑物的几何形状和材料性质，建立数学模型，并将建筑物划分为离散的有限元。
然后，根据结构的自由度选择适当的元素类型，进行节点和单元的编号，建立有限元模型。
载荷确定：在动力学分析中，主要考虑地震荷载和风荷载对建筑物的作用。
地震荷载可通过地震波的反应谱法确定，其中包括地震波的地面运动加速度响应谱、波重组和结构响应计算。
风荷载可通过风洞试验和数值模拟获得，考虑风速、风向、建筑物高度等因素。
响应计算：在完成模型建立和载荷确定后，可以通过数值计算方法进行响应计算。
主要包括模态分析、时程分析和频率响应分析等方法。
模态分析用于确定建筑物的固有振动频率和振型，时程分析用于模拟地震或风荷载的时间历程，并计算结构的响应结果。
频率响应分析则可以用于考察结构在特定频率下的响应情况。
二、优化方法在动力学分析中的应用优化方法是在规定的约束条件下，寻求最优解的一种数学方法。
在建筑结构动力学分析中，优化方法可以应用于结构的设计和参数的优化。
结构设计优化：通过对建筑结构设计进行优化，可以提高结构的性能和节约材料成本。
优化方法可以通过调整结构的截面尺寸、布置方案以及材料参数等来实现。
常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
参数优化：在建筑结构动力学分析中，存在许多影响结构响应的参数。
通过优化这些参数，可以得到结构的最佳性能。
例如，可以通过调整建筑物的阻尼比来控制结构的振动响应。
模态分析的理论介绍及目的
模态分析理论1模态分析简介1.1 模态简介模态是结构固有的振动特性，每一个模态具有一个特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由分析软件分析取得，也可以经过试验计算获得，这样一个软件或者试验分析过程称为模态分析。
这个分析结果如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果结果是通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。
模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
1.2 固有频率简介固有频率是物体的一种物理特性，由它的结构、大小、形状等因素决定的。
这种物理特征不以物体是否处于振动状态而转移。
当物体在多个频率上振动时会渐渐固定在某个频率上振动，当他受到某一频率策动时，振幅会达到最大值，这个频率就是物体的固有频率。
1.3 振型简介振型是指体系的一种固有的特性。
它与固有频率相对应，即为对应固有频率体系自身振动的形态。
每一个物体实际上都会有无穷多个固有频率，每一阶固有频率相对应物体相对应的形状改变我们称之为振型。
理论上来说振型也有无穷多个，但是由于振型阶数越高，阻尼作用造成的衰减越快，所以高振型只有在振动初期才较明显，以后则衰减。
因此一般情况下仅考虑较低的几个振型.1.4模态分析的目的模态分析技术从上世纪60年代开始发展至今，已趋于成熟。
它和有限元分析技术一起，已成为结构动力学中的两大支柱。
到目前，这一技术已经发展成为解决工程振动问题的重要手段，在机械、航空航天、土木建筑、制造化工等工程领域被广泛的应用。
我国在这一方面的研究，在理论上和应用上都取得了很大的成果，处于世界前列。
模态分析的最终目标就是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性的分析、振动故障的诊断和检测以及结构的优化提供依据。
模态分析技术的应用可归结为以下几个方面：1) 评价所求结构系统的动态特性；2) 在新产品设计中进行结构特性的预估，优化对结构的设计；3) 诊断及预报结构系统中的故障；4) 识别结构系统的载荷。
实验模态分析
•Hale Waihona Puke 动力学优化设计方法实施过程
Ⅰ. 目标函数 1. 结构系统的频率特性： 为了避免共振，必须使结构的固有频率 避开激振力的频率（频 带 ）。特别是对最低的前几阶频率。设结构前m阶频率是 i ，要 求经过动力学设计后相应频率的目标值是 i* ，按其偏差的加权平 方和最小来构造如下的目标函数：
J f (Pr ) Wi(ωi ωi* )2
最优解数学描述:
1 F (t , d ) max (1 f1 2 f 2 3 f 3 4 f 4 ) 4 s.t. W W0 , 10m m s2 20m m t d T1 tu , td T3 tu , d 0 D d1
式中, 分别为第1~4阶固有频率的加权系数,分别取
实验模态分析
第一个假设可以通过调节力幅比较频响曲线 第二个假设考虑激振与传感器附加质量对系统频响 函数影响 第三个假设是对响应测点布置的数量 第四个假设是测量频响函数的对比（A/B）（B/A）
实验模态分析 模态试验的基本过程
建模 频响 设别 验证
实验模态分析
实验模态分析
频响函数的定义H1 H2 Hv 频响函数原始定义H1是输出响应(如位移)频谱除以输入力频谱H1(ω) = X(ω) / F(ω),它不能用平均减少噪声,改为 H2(ω) = X(ω)·F(ω)* / F(ω)·F(ω)*= Pxf / Pff Hv(ω) = X(ω)·X(ω)* / F(ω)·X(ω)*= Pxx / Pfx
实验模态分析的实现方法及应用场合
实验模态分析的实现方法及应用场合
• 不测力法适用于桥梁及大型建筑、运行状态的机械设备、不易实现人 工激励结构的实验模态分析； • 单点拾振法和单点激励法适用于中小型结构及大型结构缩比模型的实 验模态分析； • 单点激励多点响应法(SIMO)适用于中小型结构及大型结构缩比模型的 精确实验模态分析；
模态分析的相关知识(目的、过程等)
模态分析步骤
观察结果 （接上页）
相对于单位矩 阵归一的振型
M2-32
模态分析
步骤
建模 选择分析类型和选项 施加边界条件并求解 观察结果
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
M2-21
模态分析步骤
施加边界条件并求解（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； DK，…或 D或 DSYM • 在没有施加约束的方向上将计算刚体振型； DL，... • 不允许有非零位移约束。
MXPAND，...
M2-17
模态分析步骤
选择分析类型和选项 （接上页）
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。
M2-18
模态分析步骤
选择分析类型和选项 （接上页）
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。 • 预应力效应： – 用于计算具有预应力结构的模态（以后讨论）。 • 阻尼： – 阻尼仅在选用阻尼模态提取法时使用； – 可以使用阻尼比阻尼和阻尼； – 对BEAM4 和 PIPE16 单元，允许使用陀螺阻尼。
M2-19
选择分析类型和选项的典型命令(接上页)
LUMPM，OFF or ON PSTRES，OFF or ON ALPHAD，... BETAD，... DMPRAT，...
M2-20
模态分析步骤
施加边界条件并求解
建模 选择分析类型和选项
模态和共振频率的关系
模态和共振频率的关系？
答：模态和共振频率之间的关系是振动分析中的基本概念，它们在动力学系统中起着重要的作用。
模态描述了系统在不同频率下的振动形态，而共振频率是系统对外部激励的响应达到最大时的频率。
模态是系统的固有振动方式，每个模态都对应一个特定的频率和振型。
模态分析可以帮助我们了解系统的振动特性，包括各个模态的频率、阻尼比和振型等。
这些模态参数对于预测和评估系统的振动行为至关重要。
共振频率是系统对外部激励的响应达到最大时的频率。
当外部激励的频率接近或等于系统的某个模态的固有频率时，系统会发生共振，导致振幅显著增加。
因此，共振频率是评估系统稳定性和可靠性的重要指标。
模态和共振频率之间的关系可以通过系统的传递函数或频率响应函数来描述。
传递函数描述了系统在不同频率下的输入输出关系，而频率响应函数则描述了系统对特定频率的激励的响应。
这些函数可以用于计算系统的模态参数和共振频率，并帮助我们预测和评估系统的振动行为。
总的来说，模态和共振频率之间的关系是振动分析和设计中的重要概念。
通过模态分析，我们可以了解系统的振动特性，预测和评估系统的振动行为；而通过共振频率的分析，我们可以评估系统的稳定性和可靠性，并采取相应的措施来避免或利用共振现象。
在实际应用中，我们需要综合考虑结构的材料属性、边界条件、阻尼等因素，进行详细的振动分析和测试，以确定系统的模态和共振频率，并采取相应的措施来确保系统的正常运行和安全性。
nastran动力学培训
四、强迫运动
用于分析带有地基加速度、位移和速度的输入的受约束结 构。 直接指定法 例：一端固支的矩形结构，在地基上受到沿Z方向频率为 250HZ的单位正弦脉冲加速度作用，使用直接方法，确定 该结构的瞬态响应。在地基上施加1000lb的大质量，使用 的结构阻尼系数：g=0.06，并将此阻尼转化为在250HZ下 的等效粘性阻尼。
动力学培训内容介绍
1.模态分析 2.瞬态响应分析 3.频率响应分析 4.强迫运动 5.随机响应分析
结构动力学分析
一、模态分析 求解器：103 质量矩阵形式：MSC认为耦合质量比集中质量更精确，在 动力分析里出于对计算速度的考虑，更倾向于使用集中质 量。 使用方法：用PARAM，COUPMASS，1选择耦合质量； 缺省为集中质量。 求解方法：推荐的Lanczos方法。 EIGRL卡片
（续）
激励的定义：与瞬态响应中TLOAD对应，在频率响应中 为RLOAD。其中RLOAD1是按照实部与虚部的形式来定 义频变载荷；RLOAD2按幅值和相位的形式来定义频变载 荷。 几点考虑：如果激励的最高频率比系统的最低谐振频率小 得多，那么使用静态分析就足够了；阻尼很小的结构在激 励频率接近于谐振频率的时候，会表现出很大的动力响应。 在这样的问题中，模型上一个小的改动（或仅换一台电脑 来计算）都可能产生响应的明显变化；如果希望对峰值响 应进行充分的预测，必须使用足够好的频率步长（Δ f）。 对每个半能带宽至少使用5个点。
（续）
SOL 109 TIME 30 CEND TITLE = TRANSIENT RESPONSE WITH BASE EXCITATION SUBTITLE = USING DIRECT TRANSIENT METHOD, NO REDUCTION ECHO = UNSORTED SPC = 200 SET 111 = 23, 33 DISPLACEMENT (SORT2) = 111 VELOCITY (SORT2) = 111 ACCELERATION (SORT2) = 111 SUBCASE 1 DLOAD = 500 TSTEP = 100 $
钢结构的自振与共振分析
钢结构的自振与共振分析钢结构是一种重要的结构形式，具有承载能力强、抗震性能好等特点。
然而，在实际运行中，钢结构也会面临自振与共振的问题，可能会引发结构的破坏和安全隐患。
因此，对钢结构的自振与共振进行分析和评估，具有重要的工程意义。
本文将就钢结构的自振与共振问题展开探讨。
1. 振动的基本原理振动是物体在受到外力作用下产生的一种周期性往复运动。
对于钢结构而言，其自振与共振主要由以下因素影响：1.1 结构的固有频率结构的固有频率是指在无外力作用下，结构自身固有振动的频率。
钢结构的固有频率与其几何形状、刚度和质量分布有关，是结构自身的属性。
1.2 外界激励频率外界激励频率是指作用于钢结构的外力或外界环境的振动频率。
外界激励频率可能是恒定的，也可能是变化的，如地震、风力等。
2. 自振与共振的问题2.1 自振当外界激励频率接近或等于结构的固有频率时，钢结构将会发生自振现象。
自振可能引发结构的超载、疲劳和振动破坏等问题。
因此，在钢结构设计和施工过程中，需要合理控制结构的固有频率，以避免自振问题的产生。
2.2 共振当一个物体的振动频率与另一个外部振动源的激励频率相等或接近时，就会发生共振现象。
共振会导致结构受到外力的放大作用，加速结构的疲劳和破坏。
因此，在钢结构的设计和施工中，需要避免共振问题的发生。
3. 自振与共振分析方法为了预测和评估钢结构的自振与共振问题，工程师们通常采用以下方法进行分析：3.1 模态分析模态分析是一种分析结构固有频率和振型的方法。
通过模态分析，可以获得结构的固有频率和相应的振型，从而评估结构的自振问题。
3.2 频率响应分析频率响应分析是一种分析结构对外界激励频率的响应功效的方法。
通过频率响应分析，可以评估结构在不同激励频率下的响应情况，进而判断结构是否存在共振问题。
4. 自振与共振的控制措施为了控制钢结构的自振与共振问题，可以采取以下措施：4.1 结构优化设计在钢结构的设计过程中，可以通过调整结构的几何形状、增加结构的质量或刚度等方式来改变结构的固有频率，以减小自振和共振的风险。
【免费下载】模态分析和频率响应分析的目的
有限元分析类型一、nastran中的分析种类（1）静力分析静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段，主要用来求解结构在与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷（如集中载荷、分布载荷、温度载荷、强制位移、惯性载荷等）作用下的响应、得出所需的节点位移、节点力、约束反力、单元内力、单元应力、应变能等。
该分析同时还提供结构的重量和重心数据。
（2）屈曲分析屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，NX Nastran中的屈曲分析包括两类：线性屈曲分析和非线性屈曲分析。
（3）动力学分析NX Nastran在结构动力学分析中有非常多的技术特点，具有其他有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。
结构动力分析不同于静力分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用。
NX Nastran的主要动力学分析功能：如特征模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频率响应分析、非线性瞬态分析、模态综合、动力灵敏度分析等可简述如下：❑正则模态分析正则模态分析用于求解结构的固有频率和相应的振动模态，计算广义质量，正则化模态节点位移，约束力和正则化的单元力及应力，并可同时考虑刚体模态。
❑复特征值分析复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型，分析过程与实特征值分析类似。
此外Nastran的复特征值计算还可考虑阻尼、质量及刚度矩阵的非对称性。
❑瞬态响应分析（时间-历程分析）瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应，分为直接瞬态响应分析和模态瞬态响应分析。
两种方法均可考虑刚体位移作用。
直接瞬态响应分析该分析给出一个结构随时间变化的载荷的响应。
结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。
该分析在节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分，直接瞬态响应分析求出随时间变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。
磁悬浮轴承的动态性能分析
磁悬浮轴承的动态性能分析【引言】磁悬浮轴承作为一种先进的轴承技术，在现代工业领域得到了广泛应用。
与传统的机械轴承相比，磁悬浮轴承具有摩擦小、无磨损、无润滑剂等优点，能够满足高速旋转设备的需求。
本文将从静态特性和动态特性两个方面对磁悬浮轴承的动态性能进行深入分析。
【静态特性】磁悬浮轴承的静态特性主要包括负载容量、刚度和失稳特性等。
首先是负载容量，磁悬浮轴承的负载容量主要取决于所采用的磁力系统的设计。
在磁悬浮轴承中，一般采用电磁力或永磁力来提供对轴承受力的支撑。
当负载力作用在轴向上时，磁悬浮轴承的负载能力通常较差。
此时，可以采用双向永磁力或电磁力来解决该问题。
其次是刚度，磁悬浮轴承的刚度表征了轴承对力的抵抗能力。
提高刚度能够有效降低系统的振动，从而提高设备的精度和稳定性。
最后是失稳特性，磁悬浮轴承在工作过程中可能会出现失稳现象，即轴线出现了一种类似于振动的运动。
为了解决这一问题，可以通过优化轴承的结构设计、增加控制参数来提高轴承的稳定性。
【动态特性】磁悬浮轴承的动态特性主要包括振动响应和控制性能。
首先是振动响应，振动是磁悬浮轴承所面临的一个重要问题。
在高速旋转设备中，振动会导致系统失衡、噪音增加、寿命缩短等问题。
因此，研究轴承的振动响应以及振动控制技术对于提高磁悬浮轴承的动态性能至关重要。
其次是控制性能，磁悬浮轴承的控制性能取决于控制系统的设计与实现。
优秀的控制系统能够实现对轴承的精确控制，降低系统振动和噪音，提高设备的稳定性和精度。
【动态性能分析】在磁悬浮轴承的动态性能分析中，常用的方法包括模态分析、频率响应分析和非线性动力学分析。
模态分析主要通过求解系统的特征值和特征向量来研究系统的固有振动频率和振型，从而判断系统是否存在共振现象。
频率响应分析是指在外界激励作用下系统的动态响应过程。
通过研究系统的频率响应曲线，可以得到系统的振幅、相位和幅频特性等信息，进一步优化系统的动态性能。
非线性动力学分析主要用于研究磁悬浮轴承系统在大振幅运动情况下的动态特性。
模态分析的知道回答
模态分析的知道回答本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March定性地说，就是因为力的步调与振动步调相同，物体向右力向右，物体向左力向左，力始终做正功，所以振动能量不断增加。
其实不是说一般取前5阶。
根据不同的对象和边界条件，取得阶数都不同。
对于没有约束的对象，前6阶为刚体移动模态，频率为0；而对于有约束的对象，则没有刚体模态。
各阶振型的话就是各阶的振动形态，有横向振动，扭转振动，拉伸振动，这些需要你观察振型来判断。
你想理解模态必须去看一些振动学的书籍。
简单的讲物体的实际振动是各阶模态的叠加效果。
物体理论上有无穷阶模态，振动是这无穷阶模态的叠加。
但是实际上各阶模态对系统振动的贡献度不同，一般前几阶比较大，越往后越小，所以一般截取前面的模态。
如果说前5阶自振频率如果任何一阶数值处于外界激励的频率范围之内，就表明此物体在当前约束条件和激励下会发生共振吗然后那一阶的振型就表示当时的振动形态还是什么为什么个别振型弯扭组合都有而且形态这么夸张呢谢谢！回答按照你说的的确有可能发生共振。
我说了实际振动是各阶模态叠加的效果，每一阶模态只是把原本耦合的各阶模态解耦出来呈现。
而不是你说的当时的振动形态。
所以你所看到的很夸张的形态也印证了我的话，因为那并不是实际振动情况。
请你结合我前一段回答体会。
按照我的理解，每个物体都有自己的共振频率，而且还有不止一个共振频率。
可能十几Hz 的时候会发生共振，几百Hz的时候又会发生共振。
如果进行模态分析，就是说把这个物体的共振频率都找出来。
如果把这些共振频率都按照频率值从小到大排，就是“阶”。
比如说最小的共振频率就是一阶。
模态分析是指采用振型分解法计算结构的各阶振型，包括各阶模态的频率、振型等。
指的是振型分解法中的一阶、二阶振型。
机械振动是由多个振动源叠加后的共同作用效果。
比如一个弹性体，在一定的约束下，会以某（些）个方式振动。
机械系统模态分析与优化设计
机械系统模态分析与优化设计引言在机械设计和工程领域，模态分析和优化设计是两个非常重要的主题。
模态分析是指对机械系统的固有振动进行研究和分析，以确定系统的固有频率、振型和固有模态的特性。
而优化设计则是通过改进和优化机械系统的结构和参数，以满足特定的性能指标和要求。
本文将探讨机械系统模态分析与优化设计的原理、方法和应用。
一、模态分析1. 模态分析的目的和意义模态分析的目的是为了了解机械系统的固有振动特性，包括固有频率、振型、振动幅度等。
通过模态分析，可以预测和避免系统的共振、失稳等问题，提高系统的可靠性和性能。
模态分析在机械设计、振动控制、故障诊断等领域具有广泛的应用。
2. 模态分析的方法模态分析可以通过数学建模和实验测量两种方法进行。
数学建模方法主要基于有限元法（FEM）或边界元法（BEM），通过离散化和求解模型方程来得到系统的固有频率和振型。
实验测量方法主要利用激励信号和传感器进行振动数据采集，再利用信号处理和频谱分析等技术来获得系统的模态信息。
3. 模态分析的应用模态分析在机械系统的设计和改进中具有重要的应用价值。
通过了解和分析系统的固有振动特性，可以优化系统的结构和参数，提高其动态特性和可靠性。
此外，模态分析还可以用于故障诊断和预测，帮助工程师解决振动和噪声问题。
二、优化设计1. 优化设计的概念和方法优化设计是一种系统的设计方法，旨在通过改变和优化系统的结构和参数，以满足特定的性能指标和要求。
优化设计可以采用数学建模和优化算法相结合的方法，通过对设计变量的搜索和调整，逐步靠近最优解。
常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
2. 优化设计的原则和策略在进行优化设计时，需要考虑以下几个原则和策略。
首先，设计变量和约束条件应该选择合理，以确保优化过程的可行性。
其次，需要明确优化的目标和指标，以便根据实际需求确定性能参数。
此外，还需要选择适当的优化算法和求解方法，以提高优化设计的效果和效率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
有限元分析类型
一、nastran中的分析种类
（1）静力分析
静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段，主要用来求解结构在与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷（如集中载荷、分布载荷、温度载荷、强制位移、惯性载荷等）作用下的响应、得出所需的节点位移、节点力、约束反力、单元内力、单元应力、应变能等。
该分析同时还提供结构的重量和重心数据。
（2）屈曲分析
屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，NX Nastran中的屈曲分析包括两类：线性屈曲分析和非线性屈曲分析。
（3）动力学分析
NX Nastran在结构动力学分析中有非常多的技术特点，具有其他有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。
结构动力分析不同于静力分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用。
NX Nastran的主要动力学分析功能：如特征模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频率响应分析、非线性瞬态分析、模态综合、动力灵敏度分析等可简述如下：
❑正则模态分析
正则模态分析用于求解结构的固有频率和相应的振动模态，计算广义质量，正则化模态节点位移，约束力和正则化的单元力及应力，并可同时考虑刚体模态。
❑复特征值分析
复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型，分析过程与实特征值分析类似。
此外
Nastran的复特征值计算还可考虑阻尼、质量及刚度矩阵的非对称性。
❑瞬态响应分析（时间-历程分析）
瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应，分为直接瞬态响应分析和模态瞬态响应分析。
两种方法均可考虑刚体位移作用。
直接瞬态响应分析
该分析给出一个结构随时间变化的载荷的响应。
结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。
该分析在节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分，直接瞬态响应分析求出随时间变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。
模态瞬态响应分析
在此分析中，直接瞬态响应问题用上面所述的模态分析进行相同的变换，对问题的规模进行压缩，再对压缩了的方程进行数值积分，从而得出与用直接瞬态响应分析类型相同的输出结果。
❑随机振动分析
该分析考虑结构在某种统计规律分布的载荷作用下的随机响应。
例如地震波，海洋波，飞机超过建筑物的气压波动，以及火箭和喷气发动机的噪音激励，通常人们只能得到按概率分布的函数，如功率谱密度（PSD）函数，激励的大小在任何时刻都不能明确给出，在这种载荷作用下结构的响应就需要用随机振动分析来计算结构的响应。
NX Nastran中的PSD可输入自身或交叉谱密度，分别表示单个或多个时间历程的交叉作用的频谱特性。
计算出响应功率谱密度、自相关函数及响应的RMS值等。
计算过程中，NX Nastran不仅可以像其他有限元分析那样利用已知谱，而且还可自行生成用户所需的谱。
❑响应谱分析
响应谱分析（有时称为冲击谱分析）提供了一个有别于瞬态响应的分析功能，在分析中结构的激励用各个小的分量来表示，结构对于这些分量的响应则是这个结构每个模态的最大响应的组合。
❑频率响应分析
频率响应分析主要用于计算结构在周期振荡载荷作用下对每一个计算频率的动响应。
计算结果分实部和虚部两部分。
实部代表响应的幅度，虚部代表响应的相角。
直接频率响应分析
直接频率响应通过求解整个模型的阻尼耦合方程，得出各频率对于外载荷的响应。
该类分析在频域中主要求解两类问题。
第一类是求结构在一个稳定的周期性正弦外力谱的作用下的响应。
结构可以具有粘性阻尼和结构阻尼，分析得到复位移、速度、加速度、约束力、单元力和单元应力。
这些量可以进行正则化以获得传递函数。
第二类是求解结构在一个稳态随机载荷作用下的响应。
此载荷由它的互功率谱密度定义。
而结构载荷由上面所提到的传递函数来表征。
分析得出位移、加速度、约束力或单元应力的自相关系数。
该分析也对自功率谱进行积分而获得响应的均方根值。
模态频率响应
模态频率响应分析和随机响应分析在频域中解决的两类问题与直接频率响应分析解决相同的问题。
结构矩阵用忽略阻尼的实特征值分析进行了压缩，然后用模态坐标建立广义刚度和质量矩阵。
该分析的输出类型与直接频率响应分析得到的输出类型相同。
NX Nastran的模态扩张法（残余矢量法）可以估算高阶模态的作用，以确保参加计算的频率数足以使模态法的响应分析的计算精度显著提高。
声学分析
NX Nastran中提供了完全的流体-结构耦合分析功能。
这一理论主要应用在声学及噪音控制领域，例如车辆或飞机客舱的内噪音的预测分析。
（4）非线性分析
实际工程问题中，很多结构响应与所受的外载荷并不成线性关系。
由于非线性，结构中可能产生大位移、大转动或多个零件在载荷作用下接触状态不断发生变化。
要想更精确地反映实际问题，就必须考虑材料和几何、边界、单元等非线性因素。
NX Nastran强大的非线性分析功能为设计人员有效地设计产品，减少额外成本提供了一个十分有用的工具。
（5）热传导分析
热传导分析通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性，利用NX- Nastran可以计算出结构内的热分布状况，并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。
用户可通过改变发热元件的位置、提高散热手段或绝热处理或用其他方法优化产品的热性能。
（6）空气动力弹性及颤振分析
气动弹性问题是应用力学的分支，涉及气动、惯性及结构力间的相互作用，在NX Nastran中提供了多种有效的解决方法。
人们所知的飞机、直升机、导弹、斜拉桥乃至高耸的电视发射塔、烟囱等都需要气动弹性方面的计算。
（7）流-固耦合分析
流-固耦合分析主要用于解决流体（含气体）与结构之间的相互作用效应。
NX Nastran中拥有多种方法求解完全的流-固耦合分析问题，包括：流-固耦合法、水弹性流体单元法、虚质量法。
二、模态分析和频率响应分析的概念
模态分析和频率响应分析的确是两个不同的概念。
模态是结构固有的一种特性，它只与结构的形状、约束形式、材料特性等有关，而与其他输入（例如加载）无关。
模态分析主要目的有：了解结构的共振区域，为结构设计提供一定的指导；对计算模型进行校验，验证你做仿真计算的模型是否正确；开展瞬态分析、谱分析的基础。
而频率响应分析则是指结构对一载荷（可以是冲击载荷，也可能是一频率在一定范围内的载荷）的响应。
频率响应分析的目的是确定结构上两点的输入输出关系（一般以频率为横坐标）。
1、模态分析亦称振型分析
指结构动态特性的理论分析与实验分析。
目的是确定结构的模态参数，如固有频率、阻尼、振型等。
理论分析采用有限元法。
在结构复杂和所划分的有限单元数目过多时，采用简化的方法使有限元模型的自由度减少，或用模态综合法，把结构划分为若干个子结构，先求出子结构的模态，再进行综合。
实验分析是利用模拟实验设施，激励结构使其作横向弯曲振动、纵向振动和扭转振动，通过实时分析仪和计算机进行数据采集和处理，测试结构的响应，给出模态参数。
实验分析的结果用于验证理论计算结果的精确性，并找出改进分析精度的途径。
广泛应用于航空、航天器的振动性能分析，以及机器和一些大型建筑(如桥梁)的故障诊断与监测。
2、频率响应分析
Z向上的频率响应Y向上的频率响应
Magnitude响应的振幅。