自由模態分析和約束模態分析的區別
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(在滿足工程精度的前提下)。
5. 一般而言,試驗邊界條件與工程實際邊界應該相同。但在有些情況下,也不盡相同!如超大型飛機A380、超大的火箭、飛船要實現自由條件的試驗是很困難的!
6. 在理論分析的時候、信號無論是速度、位移、加速度是沒有什差別,只是表現形式不同而已。但對試驗而言就應另當別論了,應考慮試驗頻段和信號方式對測量精度的影響!
有人認為:“個人認為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” ,這種概念不對。
對工程實際結構的分析模型一定是要盡量的符合實際,理論上不同的結構系統(包括材料、結構、邊界甚至變形程度等)相應的振動固有特性是不一樣的,沒有比較的必要,更不會存在自由模態特性表示固定模態的特征。
不同工程中的模型應該都有處理方法,也沒有一定的規則... ...
至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。當然這也是實際工作水平所在。
若是模擬飛機振動,那人為的加上約束可以嗎?比如假設模型一邊固定,然后進行模態分析?
1. 當然可以!
2. 但一般而言,試驗的邊界條件是以工程實際需要為準的。
3. 對于復雜結構如飛機,火箭等,如果采用子結構建模和試驗而后進行全尺寸仿真試驗的思路,一般大都對子結構采用約束(固支)試驗。
4. 若是模擬飛機振動,是否人為的加上約束要以模擬飛機何條件下的振動為依據!要單純進行模態試驗,加不加約束都可以,以方便實現和工程需要為準!
關于上面的討論,談幾點看法
1. 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,則需要進行只有模態的分析;
2. 在作自由模態分析時,可能會得出前幾階固有頻率為0,這些為0的固有頻率表現為剛體模態;
3. 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;
4. 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.
文章來源:CAE人內參
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