自由模態(tài) abaqus的案例
Abaqus鼓風(fēng)機(jī)葉輪模態(tài)(自由+重力+離心力)及諧響應(yīng)分析
[圖片]
自由模態(tài)與約束模態(tài)對(duì)比
1)自由和約束模態(tài)分析只是邊界條件不同的兩種模態(tài)分析而已；
2)在實(shí)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(jī)、火箭、導(dǎo)彈等為自由邊界條件，而機(jī)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(yīng)與工程實(shí)際的邊界條件相同（或向近似）！如飛機(jī)用自由模態(tài)分析其動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定問題，以便確定飛行品質(zhì)。機(jī)床架用約束模態(tài)分析其動(dòng)響應(yīng)問題。
4)但有限元模型不是憑空而來的，更不是一經(jīng)建立便與實(shí)際結(jié)構(gòu)固有特性相吻合，它必須是建立在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的。其模型修改過程的模態(tài)分析方式應(yīng)與試驗(yàn)邊各界條件相吻合或近似。
5)結(jié)構(gòu)的模態(tài)是與結(jié)構(gòu)本身的特性和約束有關(guān)的，至于需要求解自由模態(tài)還是約束模態(tài)，完全取決于工作的需要，模態(tài)分析時(shí)的約束方式應(yīng)與實(shí)際工作條件下一致，當(dāng)然，如果工作時(shí)結(jié)構(gòu)沒有約束，如飛機(jī)、火箭等，則需要進(jìn)行自由模態(tài)分析。
6)在進(jìn)行自由模態(tài)分析時(shí)，可能會(huì)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(tài)。
7)自由模態(tài)和約束模態(tài)不能被認(rèn)為是“帶約束的模態(tài)是自由模態(tài)的子集，約束后，模態(tài)數(shù)變少”，模態(tài)數(shù)與系統(tǒng)的自由度數(shù)量有關(guān)，與約束無關(guān)，自由模態(tài)和約束模態(tài)并沒有什么誰包含誰的概念。
8)自由模態(tài)和工作模態(tài)的作用完全一樣，都用于結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，自由模態(tài)分析的對(duì)象主要是無約束的結(jié)構(gòu)，如火箭、飛機(jī)等；約束模態(tài)分析的對(duì)象是有約束的結(jié)構(gòu)。
需要糾正的是“自由模態(tài)分析在于了解你設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)自身的一些固有特性，而約束模態(tài)分析是你這個(gè)結(jié)構(gòu)用于工程時(shí)實(shí)際的約束邊界”這句話是錯(cuò)誤的！
對(duì)于一些結(jié)構(gòu)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算很難模擬實(shí)際自由狀態(tài)，那么不得不增加的約束也是盡量的對(duì)實(shí)際狀態(tài)產(chǎn)生較小的影響。比如飛機(jī)、火箭等本來就是自由狀態(tài)的，采用子結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)時(shí)通常是需要人為的增加約束邊界，模擬時(shí)當(dāng)然也需要加。
展開 自由模態(tài)分析和約束模態(tài)分析的區(qū)別
要單純進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，加不加約束都可以，以方便實(shí)現(xiàn)和工程需要為準(zhǔn)！
關(guān)于上面的討論，談幾點(diǎn)看法
1. 結(jié)構(gòu)的模態(tài)是與結(jié)構(gòu)本身的特性和約束有關(guān)的，至于需要求解自由模態(tài)還是約束模態(tài)，完全取決于工作的需要，模態(tài)分析時(shí)的約束方式應(yīng)與實(shí)際工作條件下一致，當(dāng)然，如果工作時(shí)結(jié)構(gòu)沒有約束，如飛機(jī)、火箭等，則需要進(jìn)行只有模態(tài)的分析；
2. 在作自由模態(tài)分析時(shí)，可能會(huì)得出前幾階固有頻率為0，這些為0的固有頻率表現(xiàn)為剛體模態(tài)；
3. 自由模態(tài)和約束模態(tài)不能被認(rèn)為是“帶約束的模態(tài)是自由模態(tài)的子集，約束后，模態(tài)數(shù)變少”，模態(tài)數(shù)與系統(tǒng)的自由度數(shù)有關(guān)，與約束無關(guān)，自由模態(tài)和約束模態(tài)并沒有什么誰包含誰的概念；
4. 自由模態(tài)和工作模態(tài)的作用完全一樣，都用于結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，自由模態(tài)分析的對(duì)象主要是無約束的結(jié)構(gòu)，如火箭、飛機(jī)等.
文章來源：CAE人內(nèi)參
展開 基于Hyperworks白車身自由模態(tài)分析及模態(tài)陣型線性疊加 ￥25
模態(tài)分析是計(jì)算或試驗(yàn)分析固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型這些模態(tài)參數(shù)的過程。模態(tài)陣型是體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在某一特定頻率下的振動(dòng)形狀，而這種特定陣型所對(duì)應(yīng)的就是模態(tài)頻率。白車自由模態(tài)分析，即模型不加任何形式的約束下的模態(tài)分析。白車身模態(tài)分析的分析對(duì)象就是白車身，又簡(jiǎn)稱為BIW, 指焊接車身的本體部分，包括通過螺栓連接的碰撞吸能結(jié)構(gòu)，不包括通過螺栓連接或粘接在車身本體上的玻璃、車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩板、天窗、行李箱蓋以及翼子板、儀表板支撐橫梁等。分析的頻率范圍通常設(shè)定為1-100Hz；下限設(shè)為1Hz，其目的是避免計(jì)算前6階的剛體模態(tài)。本案例考慮到節(jié)約計(jì)算時(shí)間,僅提取了頻率小于50HZ的所有模態(tài)。
前處理：Optistruct 后處理：Hyperview
白車身一階扭轉(zhuǎn)及一階彎曲模態(tài)識(shí)別（見收費(fèi)內(nèi)容）：
整體一階扭轉(zhuǎn)陣型圖
整體一階彎曲陣型圖
模態(tài)陣型線性疊加
針對(duì)后處理（模態(tài)分析-后處理）中根據(jù)模態(tài)分析輸出的結(jié)果，陣型或者應(yīng)變能云圖采用線性疊加的方法，得到所有任意階數(shù)下線性疊加后的陣型圖或應(yīng)變能云圖。
16階模態(tài)陣型線性疊加圖
凡購(gòu)買本案例的朋友在操作上有什么疑問，都可以私信我，針對(duì)本案例中的操作問題我將免費(fèi)為你解答。還是那句話，我們不玩虛的，玩虛的沒意思！
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初學(xué)ANSYS的自由模態(tài)分析
jiangyemotaifenxi.avi
初學(xué)ANSYS的自由模態(tài)分析：
槳葉的自由模態(tài)分析：
槳葉形狀如圖所示，尺寸為29寸逆槳。
材質(zhì)預(yù)設(shè)為Structural steel。
任何物體在自由狀態(tài)下都存在 6 個(gè)剛體運(yùn)動(dòng) - 三個(gè)方向的平移和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。如果不施加任何約束進(jìn)行模態(tài)分析，則至少會(huì)出現(xiàn) 6 個(gè)零頻率，稱為剛體模態(tài)。
槳葉的前六階為零頻和接近零頻。
固有頻率：是指結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在受到外界激勵(lì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，只由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定的特定的頻率。
固有頻率也稱為自然頻率。物體做自由振動(dòng)時(shí)，其位移隨時(shí)間按正弦或余弦規(guī)律變化，振動(dòng)的頻率僅與系統(tǒng)固有特性有關(guān)如質(zhì)量、形狀、材質(zhì)等有關(guān)，其對(duì)應(yīng)周期稱為固有周期。
固有頻率與外界激勵(lì)沒有關(guān)系，是結(jié)構(gòu)的一種固有屬性。不管外界有沒有對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，結(jié)構(gòu)的固有頻率都是存在的，只是當(dāng)外界有激勵(lì)時(shí)，結(jié)構(gòu)是按固有頻率產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)的。
固有頻率做為某一物體的固有屬性,在某種程度上,就跟物體的大小的概念一樣,當(dāng)物體的性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)才會(huì)改變。
實(shí)際的分析對(duì)象是無限維的，所以其模態(tài)具有無窮階。但是對(duì)于運(yùn)動(dòng)起主導(dǎo)作用的只是前面的幾階模態(tài)。所以計(jì)算時(shí)根據(jù)需要計(jì)算前幾階的。
展開 3D輪胎自由模態(tài)的提取 ￥5
本次文章主要講述了3D輪胎自由模態(tài)的提取，因?yàn)樗崛〉氖?em>自由模態(tài)，所以此次要編寫的inp文件與step2rev.inp相比無需考慮剛性路面的建立、輪荷加載的設(shè)置等因素，只需定義輪輞的屬性、3D輪胎充氣仿真以及基于LANCZOS求解法的3D輪胎自由模態(tài)提取即可。模態(tài)頻率的關(guān)鍵字為*FREQUENCY，提取范圍為0.1——300Hz。
本次操作基于前文所述的Hypermesh 輸出二維輪胎模型2D.inp，將二維輪胎模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)可得3D輪胎模型，關(guān)鍵字為*SYMMETRIC MODEL GENERATION.
二維輪胎有限元模型如下所示：
有關(guān)3D輪胎旋轉(zhuǎn)的相關(guān)內(nèi)容在3D輪胎的生成文章中已進(jìn)行講述，這里不再過多贅述，3D輪胎生成inp文件編寫如下：
生成的3D輪胎模型如下所示：
展開 某車型機(jī)罩自由模態(tài)分析 ￥2
二、模型連接
機(jī)罩模型連接時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：
1、螺栓孔直接用RBE2連接，抓washer孔內(nèi)外圈兩圈；
2、鉸鏈處需要建立鉸鏈連接，nastran中可以建立CBAR單元，并給予鉸鏈屬性；Abaqus中可以建立B31或者HINGE單元；
3、打膠處理，機(jī)罩內(nèi)外板之間需要打減震膨脹膠，1D里面用adhesive沿膠槽依次涂膠，需要建立減震膠屬性，減震膠模量15MPa；
4、 二保焊處理，鎖扣通過二保焊焊接在加強(qiáng)板上，這里用rbe2單元模擬二保焊，需要保證rbe2剛性單元垂直；
5、焊點(diǎn)，鈑金件之間通常是通過打焊點(diǎn)建立連接關(guān)系，機(jī)罩內(nèi)板和鉸鏈加強(qiáng)板，以及鎖扣固定板之間均通過二層焊連接，建立途徑及類型，1D-spot-acm焊點(diǎn)；
三、工況
自由模態(tài)分析無需建立邊界條件，直接輸入需要提取的特征值上下限（v1、v2）或者輸入階數(shù)（ND）即可；自由模態(tài)的前六階為剛體模態(tài)，第七階為結(jié)構(gòu)模態(tài)，如果對(duì)模型沒有信心，建議設(shè)置特征值上下限時(shí)輸出前六階剛體模態(tài)。
四、分析步
建立loadstep；
下文內(nèi)容主要包括，卡片設(shè)置、模型檢查及提交計(jì)算等；
附帶完整機(jī)罩模型及分析報(bào)告
展開 單自由度彈簧振子模態(tài)分析
一個(gè)很簡(jiǎn)單的模態(tài)分析。
新手關(guān)于自由模態(tài)操作步驟的總結(jié)
自由模態(tài)：
1.創(chuàng)建材料，編輯材料，彈性模量E，泊松比NU，密度；
2.創(chuàng)建屬性，編輯厚度T；
3.創(chuàng)建一個(gè)components，再自動(dòng)創(chuàng)建屬性；
4.創(chuàng)建comp name：spot，選綠色，no card image, no property.
5.打焊點(diǎn) SPOT,type選擇ace（shell）；
6.創(chuàng)建component，name=RBE2，顏色：藍(lán)色，no card,no property.
7.進(jìn)行二保焊rigids
8.創(chuàng)建模態(tài)，loadcol name:M card:EIGRL ND:10
9.創(chuàng)建analysis,loadsteps name: M type:normalmodes method(struct):M
10.創(chuàng)建control cards, sol:analysis(normal
modes) ,PARAM：AUTOSPC（自動(dòng)約束）、POST（輸出控制）
GLOBAL_OUTPUT_REQUEST:DISPLACEMENT,ESE
展開 理論模態(tài)分析之多自由度系統(tǒng)（三）
引入模態(tài)矩陣和模態(tài)坐標(biāo)。
用模態(tài)振型對(duì)物理參數(shù)進(jìn)行處理，得出模態(tài)參數(shù)。
歸一化處理。
模態(tài)參數(shù)表達(dá)式。
2 對(duì)于結(jié)構(gòu)阻尼和非比例阻尼，同樣存在頻響函數(shù)的概念，但此時(shí)的模態(tài)矩陣稱為復(fù)模態(tài)矩陣。
基于Hyperworks+lsdyna白車身自由模態(tài)分析 ￥15
模態(tài)分析是計(jì)算或試驗(yàn)分析固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型這些模態(tài)參數(shù)的過程。模態(tài)陣型是體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在某一特定頻率下的振動(dòng)形狀，而這種特定陣型所對(duì)應(yīng)的就是模態(tài)頻率。白車自由模態(tài)分析，即模型不加任何形式的約束下的模態(tài)分析。白車身自由模態(tài)分析的分析對(duì)象就是白車身，又簡(jiǎn)稱為BIW, 指焊接車身的本體部分，包括通過螺栓連接的碰撞吸能結(jié)構(gòu)，不包括通過螺栓連接或粘接在車身本體上的玻璃、車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩板、天窗、行李箱蓋以及翼子板、儀表板支撐橫梁等。分析的頻率范圍通常設(shè)定為1-100Hz；下限設(shè)為1Hz，其目的是避免計(jì)算前6階的剛體模態(tài)。本案例主要介紹如何使用Hyperworks+lsdyna進(jìn)行白車身自由模態(tài)分析，考慮到節(jié)約計(jì)算時(shí)間,僅提取前10階模態(tài)。
前處理：Hyperworks/lsdyna 后處理：Hyperview
白車身一階扭轉(zhuǎn)及一階彎曲模態(tài)識(shí)別（見收費(fèi)內(nèi)容）：
整體一階扭轉(zhuǎn)陣型圖
整體一階彎曲陣型圖
本案例僅提供模型文件結(jié)果文件及相關(guān)指導(dǎo)，凡購(gòu)買的朋友針對(duì)本案例仿真實(shí)現(xiàn)上有什么疑問可以私信，同時(shí)可參考CAE追夢(mèng)者前期發(fā)的帖子《基于Hyperworks白車身自由模態(tài)分析及模態(tài)陣型線性疊加》中采用optistruct軟件進(jìn)行白車身自由模態(tài)分析的結(jié)果，進(jìn)而對(duì)比lsdyna與optistruct在計(jì)算模態(tài)分析中的差異。
展開 
hypermesh二次開發(fā)-自由模態(tài)分析計(jì)算
1、運(yùn)行插件
2、點(diǎn)擊modal analysis后出現(xiàn)輸入頻率low bound對(duì)話框，輸入0即可
3、點(diǎn)擊proceed，彈出輸入upper bound對(duì)話框，輸入100
4、點(diǎn)擊proceed，這樣工況跟卡片就自動(dòng)建立好了
查看一個(gè)工況，就是我們定義的0-100hz
基于python進(jìn)行有限元分析—定結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)的固有圓頻率和模態(tài)振幅向量 ￥59.9
</p><p>題中求了8階的固有頻率和模態(tài)振幅，從結(jié)果中可以看出，隨著階數(shù)的增加固有頻率的值逐漸增加，模態(tài)幅值也逐漸變大。并且從上課中學(xué)習(xí)到如果想讓8階固有頻率和模態(tài)計(jì)算更加準(zhǔn)確，應(yīng)在計(jì)算時(shí)設(shè)計(jì)的階數(shù)更大(大于8階)，提高計(jì)算精度。
理論模態(tài)分析之單自由度系統(tǒng)（二）
2 結(jié)合振動(dòng)微分方程來看，齊次方程對(duì)應(yīng)的是自由振動(dòng)，非齊次方程對(duì)應(yīng)的則是受迫振動(dòng)。求解有初始條件的自由振動(dòng)其實(shí)就是求解齊次方程的初值問題。求解有初值條件的受迫振動(dòng)其實(shí)就是求解非齊次方程的初值問題。尤其對(duì)于受迫振動(dòng)來說，初值條件決定的是該振動(dòng)系統(tǒng)自由振動(dòng)（齊次項(xiàng)）的特解系數(shù)的選擇。
3 實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)）都是有阻尼的，所以無論初始條件是什么，對(duì)于受迫振動(dòng)來說，齊次項(xiàng)總是衰減的，一段時(shí)間后，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)只剩下非齊次項(xiàng)。所以我們完全可以假設(shè)初始條件為零，之所以這樣假設(shè)，是因?yàn)檫@會(huì)給積分變換法求解微分方程帶來很大的方便。
復(fù)習(xí)積分變換，再看一個(gè)例子。
拉普拉斯變換與微分的關(guān)系：
在振動(dòng)理論中，由于存在阻尼，假設(shè)初始條件為零，并不影響振動(dòng)問題的求解。
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1 粘性阻尼，振動(dòng)微分方程（物理參數(shù)）
進(jìn)行傅立葉變換（特殊的拉普拉斯變換），獲得頻率響應(yīng)函數(shù)（函數(shù)參數(shù)）
2 結(jié)構(gòu)阻尼，振動(dòng)微分方程（物理參數(shù)）
進(jìn)行傅立葉變換，獲得頻率響應(yīng)函數(shù)（函數(shù)參數(shù)）
3 加速度頻響函數(shù)，速度頻響函數(shù)，位移頻響函數(shù)之間的轉(zhuǎn)換
展開 simsolid使用心得外加摩托車架自由模態(tài)分析步驟
Simsolid在使用后發(fā)現(xiàn)是款非常高效的解決力學(xué)分析的軟件現(xiàn)對(duì)使用后的其中最常用的模態(tài)分析做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。
上圖是比較常見的125摩托車原始模型，可見上面附件繁多，如果按照以前的有限元網(wǎng)格劃分就是下面這樣。
這都是為了盡量保證“原滋原味”，但是工作量相對(duì)來說非常大，2種方式都可以進(jìn)行常規(guī)的自由模態(tài)分析，而simsolid的自由模態(tài)分析非常簡(jiǎn)單易操作，大致步驟如下所示。先附材料屬性
然后設(shè)置零部件之間的接觸 選擇模態(tài)分析計(jì)算前3階（上面的6改成3） 點(diǎn)solve計(jì)算得到如下結(jié)果
計(jì)算信息，看得出來還是很快
模態(tài)固有頻率兩種方法比較如下圖
總結(jié)：總體來看simsolid操作難度對(duì)于我這種新手來說沒難度，計(jì)算效率非常高，界面也很明朗，沒得過多多余的按鍵。其它比如動(dòng)力學(xué)，熱力學(xué)仿真暫時(shí)沒試，就測(cè)試的模態(tài)分析來說前三階數(shù)據(jù)的差異性我自己覺得應(yīng)該體現(xiàn)在模型結(jié)構(gòu)上，關(guān)于simsolid的計(jì)算精度需要后期找實(shí)物進(jìn)行更精確的試驗(yàn)對(duì)比才能佐證。然后還希望simsolid團(tuán)隊(duì)能夠把更多實(shí)用性的分析做進(jìn)去，比如疲勞，聲學(xué)等，同時(shí)加強(qiáng)算法的論證提高計(jì)算精度，我想相信它一定會(huì)成為菜鳥級(jí)工程師的最愛。
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