自由模態與約束模態對比

1)自由和約束模態分析只是邊界條件不同的兩種模態分析而已;

2)在實際工程問題中,自由和約束兩種邊界條件均廣泛存在,如飛機、火箭、導彈等為自由邊界條件,而機床架、高層建筑等為約束邊界。

3)解決工程問題的最終有限元模型分析應與工程實際的邊界條件相同(或向近似)!如飛機用自由模態分析其動力學穩定問題,以便確定飛行品質。機床架用約束模態分析其動響應問題。

4)但有限元模型不是憑空而來的,更不是一經建立便與實際結構固有特性相吻合,它必須是建立在結構設計數據和結構試驗數據基礎之上的。其模型修改過程的模態分析方式應與試驗邊各界條件相吻合或近似。

5)結構的模態是與結構本身的特性和約束有關的,至于需要求解自由模態還是約束模態,完全取決于工作的需要,模態分析時的約束方式應與實際工作條件下一致,當然,如果工作時結構沒有約束,如飛機、火箭等,則需要進行自由模態分析。

6)在進行自由模態分析時,可能會得出前幾階固有頻率為0,這些為0的固有頻率為剛體模態。

7)自由模態和約束模態不能被認為是“帶約束的模態是自由模態的子集,約束后,模態數變少”,模態數與系統的自由度數量有關,與約束無關,自由模態和約束模態并沒有什么誰包含誰的概念。

8)自由模態和工作模態的作用完全一樣,都用于結構的模態分析,自由模態分析的對象主要是無約束的結構,如火箭、飛機等;約束模態分析的對象是有約束的結構。

需要糾正的是“自由模態分析在于了解你設計的結構自身的一些固有特性,而約束模態分析是你這個結構用于工程時實際的約束邊界”這句話是錯誤的!

對于一些結構系統實驗或計算很難模擬實際自由狀態,那么不得不增加的約束也是盡量的對實際狀態產生較小的影響。比如飛機、火箭等本來就是自由狀態的,采用子結構實驗時通常是需要人為的增加約束邊界,模擬時當然也需要加。

圖像 2.gif


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