模態(tài)節(jié)點(diǎn)
關(guān)注創(chuàng)建者：博集華仿 創(chuàng)建時間：2020-03-12
模態(tài)節(jié)點(diǎn)的實(shí)例教程
對于梁板而言，即使是頻率和共振頻率一致，但如果激勵位置為模態(tài)節(jié)點(diǎn)，則不會引起共振。而對于圓柱體來說，只要頻率和共振頻率一致，任何位置激勵，都可以引起共振，并且振型只是角度的差別，換句話說，圓柱體模態(tài)振型的節(jié)點(diǎn)不是真正的節(jié)點(diǎn)。而這正是重根模態(tài)的體現(xiàn)，任何一個共振模態(tài)都可以由一對重根模態(tài)組合得出。簡言之，圓柱體模態(tài)節(jié)點(diǎn)和梁板模態(tài)節(jié)點(diǎn)不一樣，理解圓柱體模態(tài)要把握重根模態(tài)這個重點(diǎn)概念。
我在計算旋轉(zhuǎn)軸帶有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析，整了好長時間，有些東西還是沒整明白。
我建模好后，開始計算，我新建一個柱坐標(biāo)，裝軸承部位，軸向和周向約束（UY和UZ），徑向自由（UX），我使用面約束計算，如圖1
，計算完成后，出了模態(tài)結(jié)果。但是我在重新計算時，想約束節(jié)點(diǎn)，約束的時候，select--entities，選擇圓周面，再attach to面上的節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行約束所選的節(jié)點(diǎn)（也就是圓周面上的所有節(jié)點(diǎn)），如圖2
,結(jié)果一開始solve--current LS，ansys就自動退出，不知道為什么？
按ansys的介紹，直接約束面，在計算的時候會自動轉(zhuǎn)化到節(jié)點(diǎn)，怎么約束節(jié)點(diǎn)就計算不了，我主要是想驗(yàn)證一下兩個的區(qū)別，因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)在約束面的時候，只出現(xiàn)，all dof 和ux、uy、uz，想約束兩個方向還要約束兩次，一次只能選擇一個。而約束節(jié)點(diǎn)時，出來的自由度有很多，而且可以一次選擇其中的幾個。望賜教，謝謝！
展開 有時候在abaqus中，我們需要知道某一個集合中的節(jié)點(diǎn)變形后的坐標(biāo)。以此為輸入來進(jìn)行一些研究。這里我用一個自編函數(shù)，將節(jié)點(diǎn)集合變形后的坐標(biāo)寫入到一個txt文件中。格式化的寫入文件，方便用此坐標(biāo)來進(jìn)行計算研究。
同樣有時候，需要將計算的模態(tài)頻率值提取出來。同樣用一個函數(shù)將模態(tài)頻率提取出來，放進(jìn)txt文件中，方便后續(xù)研究。
讀取的節(jié)點(diǎn)結(jié)果如下圖所示：
?
主模態(tài)分析——自然頻率與振型NX NASTRAN的主模態(tài)分析用于求解結(jié)構(gòu)的自然頻率及其相應(yīng)的振動模態(tài)、計算廣義質(zhì)量正則化模態(tài)節(jié)點(diǎn)位移、約束反力和正則化的單元力及應(yīng)力，并可分析剛體模態(tài)。具體包括：
線性模態(tài)分析（即實(shí)特征值分析）
分析方法有：Lanczos法，逆冪法（INV），移位逆冪法（SINV），Givens法，修正Givens法，Housholder法，修正Housholder法。
非線性模態(tài)分析
用于研究承載結(jié)構(gòu)的模態(tài)，該分析功能能夠考慮結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力及承載后大變形的影響。
?
復(fù)模態(tài)分析（亦稱復(fù)特征值分析）主要用于分析具有阻尼效應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征值和振型，它可以考慮阻尼，質(zhì)量及剛度矩陣的非對稱性。分析方法包括：
a.
直接復(fù)特征值分析，主要算法有：
CLAN法（復(fù)Lanczos法）
DET法（Derterminated法）
INV法（逆冪法）
HESS法（Hessenbery法）。
b.
模態(tài)復(fù)特征值分析，該方法采用廣義模態(tài)坐標(biāo)，在形成模態(tài)坐標(biāo)下的結(jié)構(gòu)控制方程后，獲得結(jié)構(gòu)的模態(tài)復(fù)特征值。
展開 摘要：筆者在前一個帖子《圓柱形結(jié)構(gòu)的模態(tài)特點(diǎn)》中總結(jié)出，對于圓柱結(jié)構(gòu)，只要激勵頻率為共振頻率，不論激勵位置，都會引起共振，也就是說圓柱結(jié)構(gòu)并不存在和梁板結(jié)構(gòu)一樣的模態(tài)節(jié)點(diǎn)概念。之所以這樣，可以認(rèn)為是存在重根模態(tài)的原因。本文展示這一屬性帶來的獨(dú)特現(xiàn)象。
01 圓柱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析
02 圓柱結(jié)構(gòu)受單簡諧激勵
圓柱結(jié)構(gòu)在單簡諧激勵下的振動響應(yīng)，最大值0.05768mm：
03 圓柱結(jié)構(gòu)受雙簡諧激勵
當(dāng)兩力相位差180度（等于模態(tài)振型的相位差）
圓柱結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)，最大值
0.11513mm=0.05768mm*2
：
如果兩力同相位：
圓柱結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)，幾乎沒有變形：
也可能是如下兩個力：
圓柱結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)，看起來像在轉(zhuǎn)動（其實(shí)沒有轉(zhuǎn)）：
綜上可得結(jié)論：
01 單激勵下，頻率相近則發(fā)生共振，激勵位置不影響振型的形式，影響振型的角度。
02 雙激勵下，頻率相近不一定發(fā)生共振，和相位關(guān)系很大，可能相互疊加，也可能相互抵消。
03 雙激勵下，可能產(chǎn)生的圓柱轉(zhuǎn)動現(xiàn)象，是一種錯覺，各處此起彼伏看起來像轉(zhuǎn)動而已。
04 電機(jī)中徑向電磁力波的力型
在電機(jī)定子避開共振設(shè)計中，會提到共振的兩個條件：第一，電磁力的頻率和模態(tài)頻率接近；第二，電磁力的力型和模態(tài)振型接近。從上文的動畫中，可以看出，激勵之間的相位關(guān)系確實(shí)影響結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。
電機(jī)中的徑向電磁力分布在定子圓柱面上，力型其實(shí)就是描述這些電磁力的相位關(guān)系。
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模態(tài)節(jié)點(diǎn)的最新內(nèi)容
</p><p>利用模態(tài)坐標(biāo)表示節(jié)點(diǎn)位移可通過下式得到：</p><p><br></p><p>式中，是第階模態(tài)振型；</p><p>是所要提取的模態(tài)數(shù)量。</p><p>根據(jù)式可得利用模態(tài)疊加法計算瞬態(tài)動力學(xué)問題首先需要進(jìn)行模態(tài)分析，因?yàn)樵诠?jié)點(diǎn)位移中包含了模態(tài)振型。
</p><p>利用模態(tài)坐標(biāo)表示節(jié)點(diǎn)位移可通過下式得到：</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>式中，是第階模態(tài)振型；</p><p>是所要提取的模態(tài)數(shù)量。</p><p>根據(jù)式可得利用模態(tài)疊加法計算瞬態(tài)動力學(xué)問題首先需要進(jìn)行模態(tài)分析，因?yàn)樵诠?jié)點(diǎn)位移中包含了模態(tài)振型。
</p><p>利用模態(tài)坐標(biāo)表示節(jié)點(diǎn)位移可通過下式得到：</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>式中，是第階模態(tài)振型；</p><p>是所要提取的模態(tài)數(shù)量。</p><p>根據(jù)式可得利用模態(tài)疊加法計算瞬態(tài)動力學(xué)問題首先需要進(jìn)行模態(tài)分析，因?yàn)樵诠?jié)點(diǎn)位移中包含了模態(tài)振型。
在扭轉(zhuǎn)模態(tài)中，一階模態(tài)振型通常沒有節(jié)點(diǎn)，而二階模態(tài)至少有一個節(jié)點(diǎn)，如下圖1。
在彎曲模態(tài)中，一階模態(tài)是連續(xù)彎曲的，沒有反向彎曲；而二階模態(tài)則有一個節(jié)點(diǎn)，且在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)彎曲方向相反，如下圖2。
工程師可以通過后處理軟件的可視化工具，詳細(xì)觀察每一個模態(tài)的特性，從而進(jìn)行準(zhǔn)確的識別。
歡迎留言批評指正。如果本文存在不夠清晰或準(zhǔn)確之處，請您不吝賜教。
激振器的激勵點(diǎn)的選擇應(yīng)遵循一下兩點(diǎn)：
（1）選在剛度較大且便于激振的地方；
（2）應(yīng)避開結(jié)構(gòu)模態(tài)節(jié)點(diǎn)或者支撐點(diǎn)，因此不宜選在對稱的平面上。
激振器至少2個，且相距盡量遠(yuǎn)，激振器方向盡量保證車身機(jī)構(gòu)各方向都有足夠激勵，可以通過測試激勵位置的互易性來調(diào)試信號以獲取理想的激振位置。一般選擇前后懸架安裝位置。激振發(fā)生器布置示意圖如圖3-4所示。
為了準(zhǔn)確評估結(jié)果，計算隔振率，減少開發(fā)周期，需要完成下列設(shè)置：
1、目前，OEM整車NVH模型規(guī)模一般都大于2000萬自由度，為了縮短計算時間，需要用到自動部件模態(tài)綜合法計算，設(shè)置如下：
2、 在整車系統(tǒng)中，動力總成剛體模態(tài)頻率、振型的識別與確認(rèn)相比于簡化剛體模型要困難，為了準(zhǔn)確識別動力總成剛體模態(tài)；同時，確定隔振率、模態(tài)頻率和振型是否滿足設(shè)計目標(biāo)，需要借助MSC Nastran的節(jié)點(diǎn)動能和模態(tài)有效值質(zhì)量功能在眾多頻率中找動力總成剛體模態(tài)
為了準(zhǔn)確評估結(jié)果，計算隔振率，減少開發(fā)周期，需要完成下列設(shè)置：
1、目前，OEM整車NVH模型規(guī)模一般都大于2000萬自由度，為了縮短計算時間，需要用到自動部件模態(tài)綜合法計算，設(shè)置如下：
2、 在整車系統(tǒng)中，動力總成剛體模態(tài)頻率、振型的識別與確認(rèn)相比于簡化剛體模型要困難，為了準(zhǔn)確識別動力總成剛體模態(tài)；同時，確定隔振率、模態(tài)頻率和振型是否滿足設(shè)計目標(biāo)，需要借助MSC Nastran的節(jié)點(diǎn)動能和模態(tài)有效值質(zhì)量功能在眾多頻率中找動力總成剛體模態(tài)
2.缸體模態(tài)試驗(yàn)
模態(tài)試驗(yàn)時測點(diǎn)信號要有高的信噪比，因此結(jié)合仿真分析結(jié)果，測試點(diǎn)盡可能遠(yuǎn)離模態(tài)節(jié)點(diǎn)，本次試驗(yàn)建立了32個測量點(diǎn)，如圖2所示。測量時將缸體放在充氣輪胎上。試驗(yàn)采用移動力錘，單點(diǎn)激勵多點(diǎn)激勵輸出的方式進(jìn)行。每測量一個點(diǎn)要對得到的數(shù)據(jù)的相干性進(jìn)行檢查，相干性盡量大于85%，如圖3所示，各測量點(diǎn)相干性均在90%以上測量數(shù)據(jù)較好。
激勵點(diǎn)布置原則：選取結(jié)構(gòu)上剛度較大位置，以避免局部變形引起輸入力的改變；避開低階主要模態(tài)節(jié)點(diǎn)的位置；選取能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)主要模態(tài)充分激勵起來的位置[7]。測試樣車試驗(yàn)傳感器布置點(diǎn)見圖 5。
對測試完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行互易性、相干性及一致性檢查。試驗(yàn)互易性良好，在彈性體模態(tài)頻率處，相干函數(shù)大于 0.85，原點(diǎn)響應(yīng)前后數(shù)據(jù)一致性好，滿足技術(shù)要求[8]。
動力懸置系統(tǒng)輸出中，需要定義SET，輸出質(zhì)心點(diǎn)節(jié)點(diǎn)模態(tài)動能。
上圖示例，完成計算后，可以在f06、PCH或H5文件中，查看節(jié)點(diǎn)動能，在6個方向分解量。
