模態分析方法與步驟

一、模態分析包括下列6種方法,使用何種模態提取方法主要取決于模型大小(相對于計算機的計算能力而言)和具體的應用場合。
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縮減法(reduced):
該方法為一般結構最常用的方法之一。其原理是在原結構中選取某些重要的節點為自由度,稱為主自由度(master degree of freedom),再用該主自由度來定義結構的質量矩陣及剛度矩陣并求出其頻率及振動模態,進而將其結果擴展至全部結構。在解題過程中該方法速度較快,但其答案較不準確。
主自由度的選擇依照所探討的模態、結構負載的情況而定:
a. 主自由度的個數至少為所求頻率個數的兩倍。
b. 選擇主自由度的方向為結構最可能振動的方向。
c. 主自由度節點位于較大質量或轉動慣量處及剛性較低位置。
d. 如果彎曲模態為主要探討模態,則可省略旋轉自由度。
e. 主自由度的節點位于施力處或非零位移處。
f. 位移限制為零的位置不能選為主自由度節點,因為這種節點具有高剛性的特性。 可以用M命令來定義主自由度。此外,也可由ANSYS自動選擇自由度。
2 子空間迭代法(subspace):
通常用于大型結構中,僅探討前幾個振動頻率,所得到結果較準確,不需要定義主自由度,但需要較多的硬盤空間及CPU時間。求取的振動模態數應該小于模型全部自由度的一半。
3不對稱法(unsymmetrical):
該方法用于質量矩陣或剛度矩陣為非對稱時,例如轉子系統。其特征值(eigenvalue)為復數,實數部分為自然頻率;虛數部分為系統的穩定度,正值表示不穩定,負值表示穩定。
4阻尼法(damped):
該方法用于結構系統具有阻尼現象時,其特征值為復數,虛數部分為自然頻率;實數部分為系統的穩定度,正值表示不穩定,負值表示穩定。
5分塊蘭索斯法(block lanczos):
該方法用于大型結構對稱的質量及剛度矩陣,和次空間方法相似,但收斂性更快。
6快速動力法(power dynamics method):
該方法用于非常大的結構(自由度大于100,000)且僅需最小幾個模態。該方法質量矩陣采用集中質量法。
二、模態分析中的四個主要步驟:
1. 模型建立:模態分析是線性分析,如果在分析中指定了非線性單元,程序在計算過程中將忽略其非線性行為,故模態分析盡可能選用線性單元。在材料特性中密度DENS一定要定義,以構建質量矩陣;另外必須指定彈性模量EX。材料的性質可以是線性的、非線性的、恒定的或與溫度相關的,但非線性性質將被忽略。
2. 選擇分析類型和分析選項:進入/SOLU中定義模態分析,聲明模態分析方法,結構外力負載(通常指結構約束條件,如果有結構外力,則是預應力問題),主自由度的選擇(如選用降階法)。求解,退出/SOLU。
3. 施加邊界條件并求解:進入/SOLU,將所得結果擴展至全結構,求解,并保存至結果文件以便在后處理器中檢查結果。
4. 進入/POST1檢查結果。
也可以將求解與模態擴展合并在一起,定義完模態分析相關參數后,不求解,先定義模態擴展,然后再求解。

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