模態(tài)分析的目的與意義的案例
模態(tài)分析的目的與意義
-----------------僅用于學(xué)習(xí)交流，不用于營利
突然有人問我模態(tài)分析是用來做什么的？百度正好在某微博空間看到這樣的解釋特與大家分享學(xué)習(xí)，再次申明本案例僅用于學(xué)習(xí)交流，不用于營利！
模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用。模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計算或試驗(yàn)分析取得，這樣一個計算或試驗(yàn)分析過程稱為模態(tài)分析。
模態(tài)分析就求特征值和特征向量的問題，特征值就是要知道結(jié)構(gòu)振動的一些基本振型對應(yīng)的頻率，在實(shí)際中，有時為了避開這這些基本頻率，防止共振，有時要加強(qiáng)振動，看實(shí)際需要，基本自然頻率可以給我們一個準(zhǔn)則，可知道我們的結(jié)構(gòu)變形是算快還是算慢，基本自然頻率也可以代表結(jié)構(gòu)整體的剛度：頻率低表示結(jié)構(gòu)的剛度很低（結(jié)構(gòu)很柔軟），相反的頻率高表示結(jié)構(gòu)的剛度很高（結(jié)構(gòu)很堅硬）。結(jié)構(gòu)的軟硬程度視需求而有不同的設(shè)計，譬如剛性的高樓設(shè)計雖然比較不會搖動的太厲害，但是卻不容易吸收地震能量；相反的柔性的高樓設(shè)計雖然會搖動比較大，但是往往可以吸收很大的地震能量。
振型有何實(shí)用上的價值呢？從振態(tài)的形狀我們可以知道在某個自然共振頻率下，結(jié)構(gòu)的變形趨勢。若要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛性，你可以從這些較弱的部分來加強(qiáng)。比如說一個高樓的設(shè)計，如果經(jīng)過模態(tài)分析后會發(fā)現(xiàn)，最低頻的振態(tài)是在整個高樓的扭轉(zhuǎn)方向，那表示這個方向的剛度是首先需加強(qiáng)的部分。
模態(tài)截斷
理想的情況下我們希望得到一個結(jié)構(gòu)的完整的模態(tài)集，實(shí)際應(yīng)用中這即不可能也不必要。實(shí)際上并非所有的模態(tài)對響應(yīng)的貢獻(xiàn)都是相同的。對低頻響應(yīng)來說，高階模態(tài)的影響較小。對實(shí)際結(jié)構(gòu)而言，我們感興趣的往往是它的前幾階或十幾階模態(tài)，更高的模態(tài)常常被舍棄。
展開 實(shí)驗(yàn)模態(tài)分析和仿真模態(tài)分析的意義 ￥1
如果通過模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)各階主要模態(tài)的特性，就可能預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振 源作用下實(shí)際振動響應(yīng)。因此，模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計及設(shè)備的故障診斷的重要方法。
請問模態(tài)分析的目的是什么呢?
我是正在做畢業(yè)設(shè)計的學(xué)生,我知道模態(tài)分析就是分析器件的諧振頻率.可是模擬這些諧振的目的是什么呢?是要避開這些諧振嗎?例如在dmd當(dāng)中
比如分析一個飛機(jī)翅膀，分析出他的頻率要干什么呢？我還是不明白
答：
任何物體都有自身的固有頻率，也稱特征頻率，用系統(tǒng)方程描述后就是矩陣的特征值。
很多工程問題都要涉及系統(tǒng)特征頻率問題。
一個目的是防止共振、自激振蕩之類的事故發(fā)生。
歷史上有名的事件就是，步兵按統(tǒng)一步伐過大橋，結(jié)果把大橋震塌了。
飛機(jī)飛行時更要注意頻率問題了，避免與氣流共振，風(fēng)洞試驗(yàn)就是測試這種力學(xué)結(jié)構(gòu)問題的
二．固有頻率
我們就以自由-自由狀態(tài)為例,從數(shù)學(xué)上來講,模型有多少個自由度就會有多少個頻率(或特征根)，但在震動分析中起主要作用的是你所關(guān)心的主自由度上的前幾階頻率.
多自由度系統(tǒng)的固有頻率是指所有頻率.因此,就不能理解為那一個了
從理論上說，任何一個結(jié)構(gòu)都有無窮階固有頻率，把這些頻率從小到大排列，按次序即為一階、二階.... 頻率。
用有限元計算時可以設(shè)置需要計算的頻率個數(shù)或求解指定范圍內(nèi)的所有頻率，至于計算多少階頻率才夠，要看你關(guān)心的頻率范圍是多少。比如，航天工程中，一般關(guān)心的外部荷載的頻率范圍是 10～2000 Hz，則可以計算結(jié)構(gòu)在 4000 Hz 以下的所有頻率。
這里的1、2、3階并不具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)意義，可以理解為a、b、c
補(bǔ)充一下：
第一階最重要：基頻。
連續(xù)體具有無窮多自由度，有無窮多解固有頻率。
展開 ANSYS模態(tài)分析結(jié)果中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的物理意義 ￥100
<p>ANSYS模態(tài)分析結(jié)果中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的物理意義</p><p>在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震響應(yīng)分析之前，通常先對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析以了解結(jié)構(gòu)的動力特性（自振周期和振型）。</p><p>常用的模態(tài)分析方法：Block Lanczos法、PCG Lanczos法、縮減法和非對稱法。</p><p><strong>ANSYS模態(tài)分析的結(jié)果文件包含哪些信息呢？在此以下表為例進(jìn)行說明。</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202402/4246ee8fae42785e42332fe4e91e3106.png"></p><p>1 MODE 模態(tài)階數(shù)</p><p>2 FREQUENCY 頻率（Hz）</p><p>3 PERIOD 周期（s）</p><p>4 PARTIC. FACTO 振型參與系數(shù)（每個質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量與其在某階振型中相應(yīng)坐標(biāo)乘積之和與該階振型模態(tài)質(zhì)量之比）</p><p>5 RATIO 比率（振型參與系數(shù)與一階振型參與系數(shù)之比）</p><p>6 EFFECTIVE MASS 振型等效質(zhì)量（振型參與系數(shù)的平方與振型模態(tài)質(zhì)量之比）</p><p>7 CUMULATIVE MASS FRACTION 累計質(zhì)量分?jǐn)?shù)/有效質(zhì)量系數(shù)（為第一階到該階振型等效質(zhì)量之和與總等效質(zhì)量之比）</p><p>8 RATIO EFF. MASS TO TOTAL MASS 振型等效質(zhì)量與總質(zhì)量之比</p><p><br></p><p>此外，還有如下幾個相關(guān)概念：</p><p>1 振型參與質(zhì)量（該階振型的模態(tài)質(zhì)量與振型參與系數(shù)平方之積）</p><p>2 振型參與質(zhì)量系數(shù)（所取振型參與質(zhì)量之和與總質(zhì)量之比）</p><p>3 模態(tài)質(zhì)量/振型質(zhì)量（第i階振型的廣義質(zhì)量）</p><p>4 質(zhì)量參與系數(shù)（該振型的基底剪力與總質(zhì)量之比）</p>
展開 分析沖壓件工藝性的目的
在進(jìn)行沖壓件的工藝設(shè)計時，首先要分析其工藝性。，所謂沖壓件的工藝性就是指沖壓件對沖壓工藝的適應(yīng)性，分析其工藝性就是分析沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符合沖壓加工的工藝要求。
分析沖壓件的工藝性的目的就是為了制定工藝奠定基礎(chǔ)。
模態(tài)分析定義以及模態(tài)假設(shè)理論 附模態(tài)分析理論與應(yīng)用傅志方下載
下載地址：模態(tài)分析理論與應(yīng)用傅志方
水下潛艇濕模態(tài)分析（聲學(xué)模態(tài)模塊） ￥20
因此，結(jié)構(gòu)自身的振動特性分析是研究其輻射聲場強(qiáng)度分布的基礎(chǔ)。潛艇水下的振動模態(tài)，稱為水下潛艇的濕模態(tài)。</p>
<p>建模過程中需要建立流固耦合模型，其中流體為理想流體，滿足如下基本假設(shè)：</p>
<p>（1）流體是無粘和可壓縮的：</p>
<p>（2）聲波振幅相對較窄，這樣流體密度變化較小；</p>
<p>（3）波傳播與熱力學(xué)過程是絕熱的。</p>
<p>注：例子來自《<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS Workbench</a>設(shè)計、仿真與優(yōu)化 第3版》p61，原書中采用插入命令流方式實(shí)現(xiàn)流固耦合，之前寫過采用act插件實(shí)現(xiàn)，<a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1197433" target="_blank" title="水下潛艇濕模態(tài)分析(插入命令流與ACT對比)">水下潛艇濕模態(tài)分析(插入命令流與ACT對比)</a>。在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS</a>高版本中，已經(jīng)帶有聲學(xué)<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/fea" class="jsk-anchor">模態(tài)分析</a>模塊Modal Acoustics，本文將采用該模塊來分析。
展開 Opstruct基于模態(tài)分析的掃頻分析、隨機(jī)振動分析、動剛度分析（模態(tài)法、直接法） ￥100
利用Hypermesh中Opstruct模塊求解模態(tài)分析，并在模態(tài)分析的基礎(chǔ)之上，依次建立掃頻分析和隨機(jī)振動分析。動剛度分析（模態(tài)法、直接法）。
模態(tài)分析影響因素及模態(tài)分析應(yīng)用
1.模態(tài)分析在工程應(yīng)用中的主要作用如下：
各類在振動環(huán)境工作的產(chǎn)品，都需要進(jìn)行模態(tài)計算；
模態(tài)計算可以得到產(chǎn)品的固有頻率，模態(tài)振型，參與系數(shù)和有效質(zhì)量等數(shù)據(jù)；
基于模態(tài)的計算結(jié)果，可以優(yōu)化和修改產(chǎn)品的動力學(xué)特性；
通過模態(tài)分析可以使結(jié)構(gòu)避免共振或讓結(jié)構(gòu)在指定的頻率下振動
通過模態(tài)分析可以掌握產(chǎn)品的固有頻率分布規(guī)律，從而可以為產(chǎn)品的噪聲控制提供數(shù)據(jù)支撐。
2.模態(tài)理論方程說明
模態(tài)計算為自由振動，因此模態(tài)計算的有限元控制方程為：
（1）
式中：[M]-總體質(zhì)量矩陣，[C]-總體阻尼矩陣，[K]-總體剛度矩陣，但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，大部分的結(jié)構(gòu)阻尼較小，因此可以忽略上式中的阻尼矩陣（阻尼比超過0.2的結(jié)構(gòu)，必須考慮），則上式可以變?yōu)椋?（2）
由于模態(tài)計算中，認(rèn)為結(jié)構(gòu)是線性的，即具有恒定的總體質(zhì)量矩陣和總體剛度矩陣，因此可以假設(shè)（2）式的通解形式為
（3）
將（3）式代入（2），則可以將時間變量消去，得到
（4）
上述方程的成立的兩種情況：
（1），則表明結(jié)構(gòu)沒有振動，這個情況不考慮舍去
（2）
所以，對于無阻尼模態(tài)計算，最后將一個時域控制方程轉(zhuǎn)換為一個矩陣的特征值求解問題。
3.模態(tài)分析影響因素
由（4）式可知，影響模態(tài)的主要因素，就是結(jié)構(gòu)的剛度矩陣和結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣。在有限元計算中，一旦確定計算對象的材料參數(shù)，則質(zhì)量矩陣式確定的，但是結(jié)構(gòu)的剛度矩陣會與約束，載荷，結(jié)構(gòu)等有關(guān)系。
展開 尺寸鏈分析五大關(guān)鍵技術(shù)及其意義
尺寸鏈分析五大關(guān)鍵技術(shù)及其意義
Wolfram 分析 | 12乘法表有什么意義嗎？
我們現(xiàn)在可以對這些更現(xiàn)實(shí)的數(shù)字重復(fù)我們的分析。
使用這些不太統(tǒng)一的數(shù)字表現(xiàn)較差（使您更有可能需要準(zhǔn)確的計算而不是近似值）。通過了解更多的表仍然可以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)，這可以作為學(xué)習(xí)超過 12 乘法表的論據(jù)，但當(dāng)您考慮到每額外學(xué)習(xí)一個事實(shí)帶來的回報時就不行了，這使得在學(xué)習(xí)10乘表后停止更有說服力。
如果您真的想進(jìn)行一些額外的死記硬背學(xué)習(xí)，那么有比學(xué)習(xí) 11 和 12 乘法表更好的方式來花費(fèi)您的精力。學(xué)習(xí) 1 到 10 以及 15 和 25 的所有排列會比 1 到 12 乘法表產(chǎn)生更好的平均結(jié)果（因?yàn)樗鼈兏鶆虻亟朴谇皩?dǎo)數(shù)字為 1 或 2 的數(shù)字）。
或者，正如 Chris Carlson 向我建議的那樣，學(xué)習(xí)接近 100 的倒數(shù)（2 x 50 = 100、3 x 33 = 99、4 x 25 = 100、5 x 20 = 100、6 x 17 = 102 等），因?yàn)樗鼈兘?jīng)常出現(xiàn)。我認(rèn)為學(xué)習(xí)2的平方和冪可能也比學(xué)習(xí)11和12的乘法表更有用。
由于沒有希望恢復(fù)之前十進(jìn)制貨幣系統(tǒng)，我只能得出結(jié)論，這個新的優(yōu)先級背后的邏輯很簡單，“如果學(xué)習(xí) 10 乘法表是好的，那么學(xué)習(xí)到 12 乘法表就更好了。”當(dāng)您想提高數(shù)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的時候，誰能反對呢? 除非您把數(shù)學(xué)應(yīng)用到這個問題上!
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展開 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析專篇之理論模態(tài)分析（一）
1 理論模態(tài)分析過程是由物理參數(shù)獲得模態(tài)參數(shù)的過程。其數(shù)學(xué)實(shí)質(zhì)是，由物理參數(shù)建立結(jié)構(gòu)的振動微分方程，求解該微分方程，得到模態(tài)參數(shù)。
2 在振動理論中，傅立葉變換是求解振動微分方程的常用方法，大致分為三個步驟：對微分方程進(jìn)行傅立葉變換；求解；對求解結(jié)果再進(jìn)行傅立葉逆變換得出最終結(jié)果。
3 對振動微分方程進(jìn)行傅立葉變換的過程是由物理參數(shù)獲得函數(shù)參數(shù)的過程，所以使用傅立葉變換是求解振動微分方程的三個步驟又可以描述為：由物理參數(shù)獲得函數(shù)參數(shù)；對函數(shù)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算；由函數(shù)參數(shù)獲得模態(tài)參數(shù)。
4 雖然理論模態(tài)分析的最終目的是獲得模態(tài)參數(shù)，但有時候經(jīng)過傅立葉變換獲得函數(shù)參數(shù)后，已經(jīng)能發(fā)現(xiàn)問題所在和滿足我們的需求。
5 在振動理論中，結(jié)構(gòu)大致有三種模型：單自由度系統(tǒng)；多自由度系統(tǒng)；連續(xù)系統(tǒng)。一般來說，單自由度和多自由度系統(tǒng)更為常用。
6 單自由度系統(tǒng)的振動理論容易理解和把握，一般可以作為學(xué)習(xí)者把握振動規(guī)律的依據(jù)。但是，實(shí)踐中的大部分問題一般都屬于多自由度系統(tǒng)。其實(shí)，只要掌握一定的技巧，多自由度系統(tǒng)的振動理論也很容易理解和把握的。所以筆者建議單自由度和多自由度的振動理論都應(yīng)該熟練掌握才好。
展開 
空調(diào)管路模態(tài)分析（干模態(tài)、濕模態(tài)及單向流固耦合） ￥6
流體計算收斂圖如下：
流體分析完后，我們已經(jīng)得到了流體在流動時對管路的作用力，隨后便是將該壁面的作用力傳遞到結(jié)構(gòu)靜力分析中去，將靜力分析的結(jié)果再傳遞到模態(tài)分析中去進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，靜力分析和預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析設(shè)置如下：
Imported Load分析設(shè)置：
6、結(jié)果對比分析
將三種情況的結(jié)果進(jìn)行對比分析，分析結(jié)果如下，我們可以發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力模態(tài)頻率最高，這是由于流體在流動時對管路的壓力提高了管路的剛度，而濕模態(tài)對管路沒有左右用，只是在發(fā)生振動時起到阻尼作用，導(dǎo)致管路模態(tài)頻率下降，干模態(tài)則介于這兩者之間，同時還發(fā)現(xiàn)，除了第8階預(yù)應(yīng)力模態(tài)外，其他預(yù)應(yīng)力模態(tài)比干模態(tài)高出5~10Hz左右，而第8階次模態(tài)則高出許多，說明在通常情況下，干模態(tài)分析并不能完全預(yù)測在流體作用下實(shí)際結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率，為準(zhǔn)確預(yù)測，則需要考慮流體流動甚至重力作用下對結(jié)構(gòu)的影響。（本文重點(diǎn)分析模態(tài)頻率，暫不進(jìn)行振型分析）
7、參考文獻(xiàn)
[1]白靜峰.空調(diào)系統(tǒng)的流固耦合振動及其控制研究.2017.河北工業(yè)大學(xué),MA thesis.
最后的最后，有不足之處歡迎指出，咱們一起探討、一起進(jìn)步。
展開 Hypermesh與ABAQUS聯(lián)合的模態(tài)分析 附HyperMesh模態(tài)分析步驟下載
圖9 一階模態(tài)振型
圖10 二階模態(tài)振型
下載地址：HyperMesh模態(tài)分析步驟
重型汽車車架有限元模態(tài)分析與試驗(yàn)模態(tài)分析比較
該帖是本人收藏的一份論文，分享給大家看看
作者：高中美 閔鵬 安杰 聶成剛
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摘 要： 本文在有限元軟件HyperWorks中建立了車架的有限元模型，并通過OptiStruc求解器進(jìn)行模態(tài)計算，將理論模態(tài)分析結(jié)果與試驗(yàn)模態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行了對比，對比結(jié)果證明了理論分析和試驗(yàn)分析基本一致，說明有限元模型是正確合理的，是對車架進(jìn)一步進(jìn)行理論計算的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：HyperWorks 車架 模態(tài)分析有限元
1 前言
重型汽車車架是一個無限多自由度的振動系統(tǒng)，在外界的時變激勵下將產(chǎn)生振動。當(dāng)外界激振頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將產(chǎn)生共振。共振將會使得乘員感覺不舒服，帶來噪聲和早期疲勞破壞。因此，合理的車架模態(tài)對提高整車的整車的可靠性和NVH性能等有十分重要的意義。在汽車產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中，預(yù)先掌握所設(shè)計產(chǎn)品的動態(tài)特性，使所設(shè)計的產(chǎn)品滿足動態(tài)特性要求，對車輛的動態(tài)特性是非常重要的。可以從兩個方面獲得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的固有振動頻率和振型，一種方法是通過試驗(yàn)的方法，對樣車進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，識別出結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)頻率和振型，另一種方法是通過理論分析計算，分析計算出結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)和振型。試驗(yàn)方法的局限性是必須在設(shè)計樣車制造出來之后，才能進(jìn)行試驗(yàn)分析。通過對實(shí)際樣車的試驗(yàn)分析，得出產(chǎn)品的基本動態(tài)特性，如果不能滿足設(shè)計需求，需要重新設(shè)計，然后再生產(chǎn)樣車試驗(yàn)。如此往復(fù)多次，才能得到一個較為滿意的產(chǎn)品。但是產(chǎn)品開發(fā)周期長費(fèi)用高，不能夠迅速推出產(chǎn)品，占領(lǐng)市場，對企業(yè)發(fā)展不利。
展開 重型汽車車架有限元模態(tài)分析與試驗(yàn)模態(tài)分析比較
摘 要：本文在有限元軟件HyperWorks中建立了車架的有限元模型，并通過OptiStruc求解器進(jìn)行模態(tài)計算，將理論模態(tài)分析結(jié)果與試驗(yàn)模態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行了對比，對比結(jié)果證明了理論分析和試驗(yàn)分析基本一致，說明有限元模型是正確合理的，是對車架進(jìn)一步進(jìn)行理論計算的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：HyperWorks 車架 模態(tài)分析有限元
1 前言
重型汽車車架是一個無限多自由度的振動系統(tǒng)，在外界的時變激勵下將產(chǎn)生振動。當(dāng)外界激振頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將產(chǎn)生共振。共振將會使得乘員感覺不舒服，帶來噪聲和早期疲勞破壞。因此，合理的車架模態(tài)對提高整車的整車的可靠性和NVH性能等有十分重要的意義。在汽車產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中，預(yù)先掌握所設(shè)計產(chǎn)品的動態(tài)特性，使所設(shè)計的產(chǎn)品滿足動態(tài)特性要求，對車輛的動態(tài)特性是非常重要的。可以從兩個方面獲得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的固有振動頻率和振型，一種方法是通過試驗(yàn)的方法，對樣車進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，識別出結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)頻率和振型，另一種方法是通過理論分析計算，分析計算出結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)和振型。試驗(yàn)方法的局限性是必須在設(shè)計樣車制造出來之后，才能進(jìn)行試驗(yàn)分析。通過對實(shí)際樣車的試驗(yàn)分析，得出產(chǎn)品的基本動態(tài)特性，如果不能滿足設(shè)計需求，需要重新設(shè)計，然后再生產(chǎn)樣車試驗(yàn)。如此往復(fù)多次，才能得到一個較為滿意的產(chǎn)品。但是產(chǎn)品開發(fā)周期長費(fèi)用高，不能夠迅速推出產(chǎn)品，占領(lǐng)市場，對企業(yè)發(fā)展不利。理論計算分析則可以在設(shè)計的初始階段，不需要生產(chǎn)樣車，通過計算分析就能夠得到產(chǎn)品的各項(xiàng)動態(tài)性能指標(biāo)，這樣就很大程度上節(jié)省開發(fā)費(fèi)用，并縮短研發(fā)周期。
本文利用有限元方法，采用HyperWorks軟件離散并建立了重型汽車車架的有限元模型，利用求解器計算，得出了車架的前十階自由模態(tài)頻率和振型，并和試驗(yàn)模態(tài)進(jìn)行了對比。
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