ansys模態分析詳解的案例
ansys apdl 模態分析詳解與案例 ￥5
模態分析介紹與案例（附帶完整建模及前后處理命令流）。模態分析的本質就是研究系統的自由振動特性，確定一個結構的固有頻率和振型。而固有頻率和振型是承受動態載荷結構設計的重要參數，所以，模態分可以作為其它動力學分析問題的起點。ansys的模態分析是線性分析，任何非線性特性，例如塑性，接觸單元等，即使定義了也將被忽略。
?它的主要用途：
（1）避免共振或使結構以特定頻率進行振動(例如橋梁設計)，
（2）認識到結構對于不同類型的動力載荷是如何響應的，
（3）有助于在其它動力分析中估算求解控制參數(如時間步長)等
模態分析步驟雖然相較簡單，但其對結構的NVH特性分析尤為重要，下面通過兩個案例詳細介紹模態分析的專屬名詞及分析方法。
案例1--均勻直桿的固有頻率分析
命令流：
/clear
/prep7
et,1,solid186
mp,ex,1,2e11
mp,prxy,1,0.3
mp,dens,1,7800
block,0,0.01,0,0.01,0,0.1
lesize,1,,,3
lesize,2,,,3
lesize,9,,,15
mshape,0
mshkey,1
vmesh,1
finish
!
展開 經典ansys諧響應分析（模態疊加法）詳解 ￥9
本案例使用hypermesh作為前處理，保存為CDB文件導入ANSYS APDL進行諧響應分析。通過模態疊加法獲得響應結果，通過后時間歷程處理獲得節點的響應曲線，通過一般后處理獲得最大響應對應頻率下的幅值云圖或者對應頻率和相位角下的應力云圖。圖1是某節點的響應曲線；圖2是該節點響應峰值對于頻率下的應力幅值云圖；圖3是該節點響應峰值對應頻率和相位角下的應力云圖；（通過云圖左上角的Title可以識別區分）對以上各結果的意義、獲得的方法以及圖2與圖3之間的區別在后面詳細加以討論。
圖1某節點的位移響應曲線
圖2某頻率下的應力幅值云圖（2653.5Hz）
圖3某頻率和相位角下的應力云圖（2653.5Hz）
要點：
諧響應分析的兩種阻尼structral damping coef和constant damping ratio以及Optistruct中的G阻尼之間的等價轉換關系；
如何后處理獲得應力或變形等結果的幅值云圖和頻率+相位角云圖以及他們之間的區別和意義。
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展開 workbench模態分析詳解（07） ￥5
摘要：在筆者技術貼workbench模態分析詳解（06）中，詳細論述了非線性靜力分析。本文在此基礎上，提取不同時刻的接觸狀態，進行模態分析，分析表明，不同接觸狀態下 ，模態分析結果是不一樣的。這恰恰證明了線性攝動模態分析的必要性。
00 分析流程
靜力分析的關鍵設置
01 提取0.1s時刻的接觸狀態，進行模態分析
02 提取0.4s時刻的接觸狀態，進行模態分析
03 提取1s時刻的接觸狀態，進行模態分析
04 總結
接觸狀態不同，相似振型（振型相似，但不完全一致，因為不同接觸狀態，結構變形不一樣）下，模態頻率差別較為明顯。
模型源文件見：收費內容
展開 workbench模態分析詳解（04） ￥5
本文摘要：在模態分析中，應力剛化和旋轉軟化對模型剛度矩陣都有影響，進而影響了模態分析結果。
00 幾何模型（壁厚0.1mm）
01 劃分網格
詳細設置見源文件；
02 邊界條件
03 模態分析，不考慮應力剛化和旋轉軟化的影響
04 模態分析，考慮應力剛化影響
靜力分析施加轉速；
模態分析結果；
對比可以發現，頻率提高，旋轉產生應力剛化效應。
05 模態分析，考慮旋轉軟化影響
模態分析施加轉速；
模態分析結果；
對比可以發現，頻率減低，旋轉產生旋轉軟化效應。
06 模態分析，考慮應力剛化和旋轉軟化綜合影響
后續內容和分析源文件見：收費內容
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workbench模態分析詳解（02） ￥2
本文摘要：在有限元結構分析中，對于薄壁結構，將實體模型轉化為殼模型是很常見的簡化方法。所以本文研究了模態分析中實體單元和殼單元的區別和聯系，注意事項；詳細解釋了模態分析結論中模態參與系數，有效質量等概念；
00 幾何模型
01 使用實體單元進行模態分析
劃分網格，詳細設置見分析源文件；
邊界條件；
模態分析，忽略阻尼；
求解結果；
02 使用線性殼單元進行模態分析
劃分網格，詳細設置見分析源文件；
邊界條件；
模態分析，忽略阻尼；
求解結果；
03 使用二階殼單元進行模態分析
過程和（02 使用線性殼單元進行模態分析）相似，但在劃分網格環節，保留單元中間節點，求解結果；
04 實體單元和殼單元的區別和聯系，注意事項；
01 在本例中，從幾何角度看，實體模型是可以轉換為殼模型進行模態分析的。但三個分析的模態頻率結果相差較大，其中二階殼單元和實體單元的結果更接近一些，但相差還是較大。對二階殼單元模型的網格進行細化，再次分析，求解結果如下，
加密網格后的求解結果和實體模型仍然存在差別。
02 實體模型和殼模型的模態分析結果產生差別的原因在于：雖然實體模型和殼模型在mechanical中顯示的質量是一致的，但它們參與計算的質量并不一樣，這是因為殼單元和實體單元統計質量的方法不一樣。
展開 workbench模態分析詳解（06）
摘要：在workbench14版本之后，預應力模態分析的靜力分析部分在只能進行線性分析的基礎上，又增設了非線性分析功能。預應力模態分析改稱為線性攝動模態分析。在線性攝動模態分析中，靜力分析環節可以是線性分析，也可以是非線性分析，但模態分析環節總是線性分析。由于結構非線性靜力分析本身就是一個重點和難點，所以本文先集中講解非線性靜力分析環節，為后續模態分析做準備。
00 靜力分析非線性的類型
材料非線性（結構材料是非線性材料，需要在workbench中指定非線性材料）；
幾何非線性（大變形，大轉角，大應變，需要打開workbench的large deflection）；
接觸非線性（接觸關系為摩擦frictional，粗糙rough，無摩擦frictionless）；
01 非線性靜力分析實例
幾何模型；
劃分網格，詳細設置見源文件；
邊界條件；
02 材料非線性
橢圓鋼片為非線性不銹鋼材料；
矩形鋼片為Q235線性材料；
03 幾何非線性
04 摩擦非線性
05 靜力分析求解結果
位移；
摩擦應力；
非線性靜力分析結束后，就可以提取任何時間的摩擦狀態，進行后續的模態分析。
展開 workbench模態分析詳解（09） ￥5
摘要：筆者在技術帖workbench模態分析詳解（07）中，詳細討論了線性攝動模態分析。本文基于筆者的現實中項目，由于保密原因，將模型做了簡化處理。本例進一步證明了線性攝動模態分析的實際應用價值。
00 項目描述
某轉子結構如圖所示，原設計軸套和軸為間隙配合；
現為了提高軸的扭轉頻率，將軸套改為過盈配合（緊配），請通過仿真手段預估，緊配軸套后扭轉頻率能提多少。過盈裝配是接觸非線性，所以這是一個線性攝動模態分析問題。
01 無軸套模態分析
原設計為軸套間隙配合，等效于無軸套，進行模態分析；
扭轉頻率為1011Hz；
02 綁定軸套模態分析
將軸套緊配簡化為和軸綁定，進行模態分析；
扭轉頻率由1011Hz，增加為1148.9Hz，提高了137.9Hz，這是上限，現實中增加的頻率肯定低于該值。
03 非線性靜力學分析
關鍵設置；
應力結果；
徑向位移結果；
接觸面壓力；
穿透（基本為0）
04 線性攝動模態分析
接觸狀態0.1s，模態分析；
接觸狀態0.2s，模態分析；
接觸狀態0.3s，模態分析；
接觸狀態0.4s，模態分析；
接觸狀態0.5s，模態分析；
接觸狀態0.6s，模態分析；
接觸狀態0.7s，模態分析；
接觸狀態0.8s，模態分析；
接觸狀態0.9s，模態分析；
接觸狀態1.0s，模態分析；
05 結論和源文件見：收費內容
展開 workbench模態分析詳解（11） ￥5
摘要：本文實例為摩擦嘯叫的非對稱復模態分析
00 幾何模型
01 劃分網格
詳細設置見源文件；
02 接觸設置
03 荷載步
包含兩個荷載步，第一個荷載步施加位移約束和壓力荷載，第二個荷載步施加轉動；
04 滑動位移
第一個荷載步，還沒有施加轉動，所以接近0；
第二個荷載步，施加了轉動，2rad/s；
05 模態分析
06 分析結果
源文件見：收費內容
模態分析(modal analysis)詳解
模態分析(Modal Analysis)是分析物體在激勵狀態下的動力響應，是動力分析的一種。比如測量汽車在電磁振動器激勵下的振動，或者室內空間在擴音器下的噪音特性等都屬于模態分析的范疇。模態分析一般涉及到計算機的仿真分析和實物測試，實物測試一般會使用到位移，加速度或者速度傳感器等。
圖示為風力發電機的的扇葉，為了測試其受到激勵后的振動特性，用了3個振動源（Shaker)做為激勵，然后用了足夠多的探測器通過數據收集終端連接到扇葉Blade上（圖示在Blade3上），分別測出3個扇葉相同激勵下葉片的振動模式。
圖示為一個電磁振動器連接到汽車車門上測試車門的振動模式
我們之所以關注模態，是因為每一個物體都有其固有的自然頻率，當外部激勵作用于物體且頻率接近自然頻率時將發生共振使物體受到破壞。比如建筑物在設計時為了抗震，就要避開地震的振動頻率；橋梁在設計時要考慮風力或者車輛行駛時的共振頻率。
物體受到不同的激勵頻率，就會有不同的振動形式，比如一個薄形圓盤在受到不同激勵頻率時的振動形式就有很多種，如下圖所列的幾種：
模態1
模態2
模態3
模態4
模態5
模態6
物體的振動又分為自由振動和有阻尼的振動，自由振動不考慮物體運動的阻力。比如彈簧振動，給一個初始的勢能，振動起來后不考慮阻力其振動曲線是標準的正弦或余弦函數，當考慮阻尼效應時，其振幅會越來越小直至靜止。當然不管考不考慮阻尼，我們最關心的是物體的振動形式（包括共振頻率和模態），所以在有限元模態分析中，我們一般不考慮阻尼而是通過無阻尼進行分析。
數學原理
模態分析數學原理請參照前面“材料屬性的自定義”那一節，做為了解就好。模態分析也稱為特征值分析，通過線性代數的原理求解代表模態的特征向量和頻率的特征值。
展開 workbench模態分析詳解（03） ￥2
本文摘要：Design Assessment模塊是一個功能十分強大的后處理模塊，本文以模態分析后處理為例，詳解workbench的DA（Design Assessment）模塊的使用。
00 DA模塊
01 模態分析結果組合
雙擊進入DA;
添加solution selection
02 組合結果查看
按照上文的模態結果組合系數，得到組合后的振動幅值
03 分析源文件
workbench模態分析詳解（10） ￥5
摘要：靜力分析的拓撲優化一般被熟知，本文通過一個實例展示模態分析的拓撲優化。
00 幾何模型
01 劃分網格
02 邊界條件
03 拓撲優化
定義單元類型；
拓撲優化求解；
04 保留單元
藍色部分表示可以去除；
在workbench界面中暫時不能去除藍色部分，需要在經典界面下完成；
選擇藍色部分；
刪除藍色部分；
顯示剩余單元；
生成cdb文件；
05 生成parasolid幾何
打開cdb文件；
導出parasolid文件；
06 sew面成體
在DM中導入parasolid文件；
但它是面體，需要生成實體，三次sew操作；
07 源文件見：付費內容
workbench模態分析詳解（08）
摘要：筆者在前技術帖workbench模態分析詳解（2）和workbench模態分析詳解（5）中都建議模態分析盡量使用原實體模型。就實體模型而已，網格密度和接觸算法的定義也會影響模態分析結果。本文基于一個實體模型，對比研究網格密度和接觸算法對模態分析的影響規律。
00 幾何模型
套筒和轉子緊配，假設為bonded接觸；
01 粗網格模態分析
02 中網格模態分析
03 細網格模態分析
04 網格密度對模態分析結論的影響
01 網格密度對模態頻率影響較小；
02 網格越細，模態頻率越低，模型剛度越小；
03 網格密度對模態頻率的影響，更容易體現在高階模態中。
05 接觸算法
綁定接觸包含以下算法；
增強拉格朗日算法（augmented lagrange）；
純法算法；
MPC算法；
法向拉格朗日算法（normal lagrange）；
綜上可以得出：
01 接觸算法不同，模態頻率略有區別；
02 筆者建議，在模態分析中，bonded接觸選擇MPC算法。
展開 workbench模態分析詳解（05）
本文摘要：在筆者的帖子workbench模態分析詳解（02）中，研究了模態分析中實體單元和殼單元的區別和聯系，以及注意事項，但該帖子的模型存在接觸關系，這也是影響模態分析結果的重要因素。所以本文用更單純的模型進行對比研究，說明即使是最簡單的模型，實體單元和殼單元的模態分析結果也是存在區別的。當然現實項目的分析模型總是復雜的。
00 實體模型和殼模型
01 實體模型分析結果
自由模態；
02 線性殼模型分析結果
03 二階殼模型分析結果
網格進一步細化的分析結果；
04 對比研究結論
結論：從上表可以得出，進行模態分析，盡量不要抽殼，盡量使用原實體模型。如果必須減少計算量，必須抽殼的話，盡量使用二階殼單元。并且要知道，抽殼法可能引起頻率結果誤差。
展開 abaqus屈曲模態分析教程詳解 ￥10
abaqus屈曲模態分析教程詳解
視頻下方附帶工程文件inp，大家可以自行下載學習參考
workbench模態分析詳解（01） ￥2
00 模態分析的算法
模態提取方法：
Block Lanczos（Direct），PCG Lanczos（Iterative）；
Unsymmetric，Supernode
DAMP（Full Damped），QRDAMP（Reduced Damped）
01 模態分析可以證明：音叉為什么能作為樂器調音的音調標準
音叉幾何模型；
劃分網格；
邊界條件；
模態分析，忽略阻尼；
求解結果；
前四階模態振型；
模型源文件和結論見：收費內容
