模態
關注創建者：匿名 創建時間：2015-11-27
模態的視頻教程
Workbench零件約束模態分析——AnsysWorkbench模態分析
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Workbench零件自由模態分析——AnsysWorkbench模態分析
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Workbench模態分析系列教程擴展模態
第一講：幾何模型的建立 第二講：材料添加 第三講：網格劃分 第四講：邊界條件設置：溫度載荷、約束，模態求解階數、應變和應變輸出等設置 第五講：求解方法：子模態、子空間、迭代法、非對稱等 第六講：應力、應變、固有頻率和振型以及后處理接口等 計算源文件包括在附件里面。歡迎交流復模態、擴展模態、自由模態
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模態的實例教程
空調管路模態分析（干模態、濕模態及單向流固耦合）
1、引言
空調管路中，特別是吸、排氣管及回油管，由于其與壓縮機（振動源）直連，在運行過程中振動響應較大，為避免振動過大導致管路開裂、壽命縮短等一系列問題，有必要對管路進行模態分析，避免管路共振頻率與壓縮機運行頻率接近產生共振效應。
常見的管路模態分析未考慮流體效應（冷媒）對管路結構振動特性的影響，因此，本文利用干模態、濕模態及單向流固耦合三種分析方式，三種情況下的模態結果進行對比研究。
2、空調管路模型仿真前處理
采用Creo軟件建立管路三維模型，如下圖所示，模型中已預先建立流體區域，共兩個主體。
將三維模型導入Hypermesh中進行網格劃分，當然在這里也可直接導入workbench，利用默認的mesh工具進行網格劃分，但是該工具的網格質量無法控制。網格劃分是仿真的基礎，也是較為重要的一步驟，如何劃分高質量網格并非本文重點，不在過多闡述。網格劃分效果如下圖。
結構的約束條件采用兩端固定支撐，管路材料屬性采用紫銅，冷媒材料屬性采用R410冷媒，各材料屬性參數如下表所示：
網格劃分、約束條件、材料屬性定義之后，便可開始進行以下各類模態分析計算。workbench具有很好的模塊間數據傳遞功能，本文所涉及的三種模態分析，其數據傳遞如下。
3、空調管路干模態分析
干模態分析，即一般的結構模態分析，不涉及流體效應對模態的影響，由于壓縮機頻率在20Hz~120Hz左右，因此，可對前10階模態進行分析，保證模態頻率在壓縮機頻率運行范圍之內。干模態在結構振動仿真中較為簡單，只需要設置約束條件、材料屬性等少部分參數，便可進行計算。
展開 一、什么是模態
模態是結構系統的固有振動特性。線性系統的自由振動被解耦合為N個正交的單自由度振動系統，對應系統的N個模態。每一個模態具有特定的固有頻率、阻尼比和模態振型。這些模態參數可以由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態分析。
模態分析的經典定義為，將線性定常系統振動微分方程組中的物理坐標變換為模態坐標，使方程組解耦，成為一組以模態坐標及模態參數描述的獨立方程，以便求出系統的模態參數。坐標變換的變換矩陣為模態矩陣，其每列為模態振型。
通過結構模態分析法，可得出機械結構在某一易受影響的頻率范圍內各階模態的振動特性，以及機械結構在此頻段內及在內部或外部各種振源激勵作用下的振動響應結果，再由模態分析法獲得模態參數并結合相關試驗，借助這些特有參數用于結構的重新設計。
二、模態假設理論
1. 線性假設
結構的動態特性（模態參數）是線性的，就是說任何輸入組合引起的輸出等于各自輸出的組合，其動力學特性可以用線性二階微分方程來描述。
其中，F 為輸入力，X 為響應值，H 為傳遞函數。
展開 對動態物體進行模態分析可以簡單的理解為,求其各階振型及對應的自振頻率。
模態分析是研究結構動力特性一種近代方法，是系統辨別方法在工程振動領域中的應用。模態是機械結構的固有振動特性，每一個模態具有特定的固有頻率、阻尼比和模態振型。這些模態參數可以由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態分析。這個分析過程如果是由有限元計算的方法取得的，則稱為計算模態分析；如果通過試驗將采集的系統輸入與輸出信號經過參數識別獲得模態參數，稱為試驗模態分析。通常，模態分析都是指試驗模態分析。振動模態是彈性結構的固有的、整體的特性。如果通過模態分析方法搞清楚了結構物在某一易受影響的頻率范圍內各階主要模態的特性，就可能預言結構在此頻段內在外部或內部各種振源作用下實際振動響應。因此，模態分析是結構動態設計及設備的故障診斷的重要方法。
機器、建筑物、航天航空飛行器、船舶、汽車等的實際振動千姿百態、瞬息變化。模態分析提供了研究各種實際結構振動的一條有效途徑。首先，將結構物在靜止狀態下進行人為激振，通過測量激振力與胯動響應并進行雙通道快速傅里葉變換（FFT）分析，得到任意兩點之間的機械導納函數（傳遞函數）。用模態分析理論通過對試驗導納函數的曲線擬合，識別出結構物的模態參數，從而建立起結構物的模態模型。根據模態疊加原理，在已知各種載荷時間歷程的情況下，就可以預言結構物的實際振動的響應歷程或響應譜。
近十多年來，由于計算機技術、FFT分析儀、高速數據采集系統以及振動傳感器、激勵器等技術的發展，試驗模態分析得到了很快的發展，受到了機械、電力、建筑、水利、航空、航天等許多產業部門的高度重視。已有多種檔次、各種原理的模態分析硬件與軟件問世。
展開 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。
展開 以上闡述就是預應力模態產生的基本原理，讀者可以思考一下：模態分析在什么情況下需要考慮預應力的效應。
算例
考慮一根簡支梁，兩邊施加拉力和壓力(通過初始應變實現)，進行預應力模態分析，對比二者和無載荷作用時的模態分析結果。
無預應力模態分析的結果：
拉預應力模態分析的結果：
壓預應力模態分析的結果：
對比無預應力模態、拉預應力模態、壓預應力模態三者的固有頻率結果發現：前
6階模態，相比于無預應力工況，拉預應力工況的頻率有所提高，因為拉力載荷使梁的橫向剛度提高了；而壓預應力工況的頻率有所降低，因為壓力載荷使梁的橫向剛度降低了。
前文對預應模態分析產生的原理進行了較詳細的介紹，對拉/壓預應力模態進行了分析，并和無預應力模態分析結果進行了對比。
現以ANSYS為例，結合前文介紹的理論和要點，實現具體分析。在“基于ANSYS的響應譜分析”一文中介紹了APDL和Workbench的特點，在此，本文以APDL為例，同時兼顧Workbench，介紹ANSYS如何實現結構動力學中的預應力模態分析。
預應力模態分析
對于薄壁結構，如細長梁和薄板，由于彎曲剛度比軸向拉壓剛度小很多，當結構受外載作用時，由于應力剛化(SSTIF)效應，在進行模態分析時，一般需要考慮預應力效應的影響，即進行預應力模態分析。預應力模態分析需要分為兩次求解實現，首先進行靜力分析，其目的是求解應力剛度矩陣(為常值)，然后在此基礎之上進行模態分析。
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2.【2024年三等獎】韓晗 | 康明斯，發動機結構仿真全流程自動化：論文使用Python對Ansys進行二次開發，在SpaceClaim中自動創建幾何模型，Mechanical中實現了發動機模型接觸創建、載荷加載以及自動處理模態、應力、疲勞等結果，并自動寫成結果報告。通過實現模型前處理和結果后處理的自動化，可以明顯提升分析效率和準確性。
基于 Ansys Maxwell、Mechanical、Fluent、Icepak 等核心工具，講解電力設備全流程仿真解決方案，覆蓋關鍵場景：電磁仿真-開關產品 / 變壓器電磁場分析、繞組渦流損耗與磁路優化、絕緣電場分布與耐壓校核；結構仿真-設備殼體與鐵芯強度校核、振動模態與諧響應分析、長期運行疲勞壽命預測；流體與熱仿真-變壓器油流散熱優化、流場 - 溫度場耦合分析；2.
</strong>通過Simcenter數實融合的測試平臺，以及自動化測試流程與智能數據管理，結合AI輔助模態分析等新技術，為eVTOL提供從部件級到整機級的全尺度測試解決方案。</p><p>這場交流會不僅是技術的碰撞，更是思想的盛宴。
· 模態頻率約束：有時為了控制NVH（噪聲、振動與平順性）性能，需要在優化中加入頻率約束（如一階模態頻率>某個值）。
· 應力約束：柔度優化不能直接控制應力，最優剛度設計可能存在應力集中。通常的流程是先進行柔度拓撲優化得到概念構型，再進行尺寸和形狀優化來細化并校核應力。
· 工藝約束：需要考慮制造工藝，如壓鑄、鍛造或鈑金沖壓。
巡邏機器人、康養機器人等；
特種機器人展區
水下機器人、消防機器人、空間機器人、工程機器人、農業機器人、應急救援機器人等；
工業機器人及應用方案展區
工業機器人本體、多自由度機器人、機械手、面向工業應用領域的工業機器人產品及解決方案；工業機器人功能部件及關鍵零部件、伺服系統、控制器、減速器、傳感器等；
核心零部件與關鍵技術展區
AI算法與語言模型、AI芯片、語言模型LLM、多模態大模型
本文介紹了完整的Czerny-Turner設置的模擬，包括真實的反射鏡和衍射光柵，特別是用傅里葉模態法（FMM）建模的光柵。
建模任務
結果
結果
文件信息
?求解器選項卡允許編輯所使用FMM(“傅里葉模態法”，也被稱為RCWA，“嚴格耦合波分析”)算法的精度設置。
?既可以設置考慮的總級次數，也可以設置倏逝級次數。
?如果考慮金屬光柵，這可能是有用的。相反，對于介質光柵，默認設置就足夠了。
結構分解
?結構分解選項卡提供了關于結構分解的信息。
?層分解和轉換點分解設置可以用來調整結構的離散化。
展會設置人工智能館、機器人館兩大核心展區，涵蓋AI芯片、算力服務器、多模態大模型、人形機器人、四足仿生機器人、醫療康復機器人等全產業鏈展品，實物展品比例超90%，讓觀眾直觀感受科技從“實驗室”走向“千行百業”的迭代歷程。
在這里，可看到交通勸導機器人在街頭精準引導通行、輔助民警執勤的真實模擬場景，感受其多模態感知與智能交互能力；可近距離觀察六軸機械臂與自主移動機器人協同作業，見證物流分揀效率較傳統模式提升4倍以上的產業變革；還能體驗幼教機器人、醫療輔助機器人等民生產品，直觀感受科技為生活帶來的便捷與溫度。
