ansys預應力模態分析的案例
無網格劃分新技術midas MeshFree - 預應力模態分析案例
④施加邊界條件和預應力載荷
⑤求解后查看結果
MeshFree靜力學分析結果—變形
MeshFree靜力學分析結果—應力
MeshFree預應力模態分析結果—模態表格
隨后，利用ANSYS對該模型進行了預應力模態分析，得到了對應的結果，并進行對比。
ANSYS beam梁模態分析，包括考慮預應力和大變形下的預應力模態分析 ￥5
考慮不同情況下的模態分析
以一個簡單的beam梁為例子
1.一邊固定下的模態分析
前三階模態
SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
1 6.9815 1 1 1
2 43.627 1 2 2
3 121.59 1 3 3
2.
ANSYS workbench機翼預應力模態分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習飛機機翼三維模型的處理
2、學習預應力模態分析步的建立
3、學習預應力模態分析的邊界條件的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 飛機機翼預應力模態分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
?
基于ANSYS WORKBENCH的有預應力的模態分析
本篇文章舉一個在WB中進行有預應力的模態分析的例子。該例子來自于《ANSYS機械工程應用精華50例》（第3版），原書是在在經典界面中做的，而且有解析解可以對照。
本文則用WB進行操作，問題如下。
【問題】一根兩端被固定的張緊的弦，已知其長度為1米，橫截面積為10（-6）平方米，密度為7800kg/m3,張緊力為2000N，計算其固有頻率。
為解決這個問題，在WB中操作如下。
1. 創建一個帶預應力的模態分析系統
2.編輯材料屬性
雙擊Engineering Data，編輯材料屬性
3.創建幾何模型
雙擊Geometry，進入DM,設置長度的單位是米。
創建一個草圖，該草圖是一根直線，長1米。
根據該草圖得到線體
結果如下
創建截面。矩形截面，保證橫截面積與題目一致。
將該截面賦給上述線體作為其截面屬性
退出DM,然后雙擊model進入到mechanical中。
下面的分析在（1）中進行。
4.進行靜力學分析
劃分網格。將直線劃分為20等份。
設置直線沒有Z方向的位移
設置左端點沒有X,Y方向的位移
設置右端點沒有Y方向的位移
給右端點施加水平向右的2000N的力。
求解靜力學問題，查看變形
可見，弦被拉伸了10mm。
查看拉伸應力
所有點有同樣的拉伸應力，為2000MPa，這是一個較大的數據。
靜力學分析完畢。樹形圖如下圖，下面的分析在（2）中進行。
5.進行模態分析
設置分析前10階模態
開始計算,計算完畢查看固有頻率
可見，第一階模態沒有意義。從第二階模態開始，前5階模態與理論一致。后面則開始出現偏差。用經典界面計算也會有類似的問題。
來源：宋博士的博客，版權歸作者所有。
展開 
ANSYS workbench簡單應用——有預應力的模態分析
原創內容，轉載請注明出處
模態分析是用來確定結構的振動特性的技術。在有限元中，模態分析是響應譜分析、隨機振動分析的基礎。對于求解一個簡單結構的自然振型來說，ANSYS workbench已經將這個過程簡化到任何新手一看即會的程度了。這里用一個簡單例子闡述有預應力情形下的模態分析過程。
本例分析一個長鉚釘結構在施加預緊力情形下的模態。
首先在workbench工作區內新建一個靜力分析模塊和一個模態分析模塊，新建模態分析模塊時拖至前一模塊的solution欄，表示共享前一模塊的工程數據、幾何文件、設置以及最終的解。如果不連接solution和setup，那么模態分析中不會包含靜力分析模塊求解出的預應力。
導入幾何文件之后，按照默認設置劃分網格得到如下的網格：
如果要進行網格精細劃分，可以細化成如圖：
本例子采取默認網格。下面施加約束，對如圖所示的兩個面施加無摩擦約束。
以及另一端的鉚釘頭側面：
施加載荷，選擇未約束的鉚釘頭底面一側，施加一個大小為4000N的力：
接下來求解靜力結構分析，插入總變形結果，如圖所示：
可以看到，變形最大為0.18mm，發生在施加力的一端，說明分析基本正確。
接下來進行模態分析，由于之前新建分析模塊時已經將兩個模塊進行了連接，這里不需要退出到workbench主界面。注意到模態分析下有一欄預應力，其括號中顯示為靜態結構，說明數據已經在模塊之間共享。
由于約束已經在上一步設置好，這里直接求解，求解完畢后單擊solution欄，得到前6階模態的數據：
在柱形圖中右擊選擇全部，再右擊選擇生成模態圖，重新求解一次，得到各階振型圖。這里只展示第一和第六階。
到此為止，模態分析已經完成。下一步可以開展響應譜分析或者其他分析。
展開 結構動力學中的預應力模態分析 ——預應力模態 附模態應力、頻響應力和PSD應力下載
需要指出的是，這種預應力(pstress)的效果和幾何非線性分析中的“應力剛化”(stress stiffeness)是相同的來源。
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。
展開 ANSYS 高速旋轉輪盤考慮離心載荷引起的預應力的模態分析
本問題是對某高速旋轉的輪盤進行考慮離心載荷引起的預應力的模態分析。該輪盤安裝在某轉軸上以12000轉/分的速度高速旋轉。其材料為鋼，相關參數為：楊氏模量EX=2.1E5Mpa，泊松比為PRXY=0.3,密度DENS=7.8E-9Tn/mm^3。
APDL命令：
ANSYS 高速旋轉輪盤考慮離心載荷引起的預應力的模態分析.txt
分析結果如圖所示：
【ABAQUS模態動力學】Composite&abaqus 預應力模態分析&輸出單元剛度矩陣
參考
連接器振動脫落_abaqus重啟動分析_顯式隱式切換_插拔力預應力模態_TeeSim天深科技
Abaqus預應力模態分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載- 技術鄰
Natural frequency extraction - SIMULIA 用戶幫助 2020 User guide
《結構動力學》
振動理論及工程應用_天津大學_中國大學MOOC(慕課)
Eigenvalue extraction - SIMULIA 用戶幫助 2020 Theory
1. 什么是模態分析？
模態分析是指求解多自由度系統的模態振型及振動頻率的過程。模態分析可簡單地分為自由模態分析和約束模態分析。
自由模態分析：不加任何約束，進行求解（會出現前六階0模態）
約束模態分析：施加完整的約束，模型不會出現剛體模態 還可以分類為：
預應力模態（典型例子：吉他琴弦）
干模態分析(空氣中)
濕模態分析（流體耦合作用不可忽略）
2. 單自由度系統振幅和固有頻率的求解
模態分析的本質上是求解一定條件下的結構動力學方程。
展開 接觸非線性彈簧系統的模態分析問題
模態分析是振動分析的基礎，因此此處先只討論該系統模態分析的可能性。
傳統的模態分析技術是基于線性模型的線性模態分析，無法有效地處理非線性系統的模態問題。
為此，人們采取了很多近似的分析方法。最初，在整機結構分析中不考慮零件間的接觸特性，忽略聯接特性帶來的影響，將若干個零件視為一體，看作一個不包含聯接的單一實體零件。這個時候，問題變為線性，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器整機的振動模態。這樣的簡化和假定顯然誤差比較大。
隨后，為了考慮零件間的聯接、接觸特性，將零件間的聯接簡化成線性彈簧，彈簧的剛度由聯接剛度決定。這樣種方法顯然要比最初的方法要好，同時問題也仍然是線性的，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器的整機模態。
不足之處是，零件之間的聯接特性不是線性的，本質上是一種接觸特性，作為線性問題處理并不完全合理。比較理想的情況是把零件之間的聯接特性用非線性的彈簧來反映，但是這個時候沒辦法采用線性的模態分析技術獲得機器整機的模態。
目前，針對上述的接觸問題進行模態分析的典型方法是預應力模態分析方法。該方法分兩步，第一步是在考慮接觸特性的情況下做一次靜態非線性分析，獲得在靜態載荷作用下的非線性結構的應力，然后把得到的應力以附加剛度的形式疊加到機器剛度上，最后在不考慮接觸的條件下對這種具有附加剛度的機器結構做線性模態分析，獲得機器的整機模態。
目前，ADINA，ALGOR的非線性模態分析技術以及ANSYS的預應力模態分析技術都是采用這種方法。
針對本文中的模型，由于振動過程中接觸應力肯定是變化的，因此，即使采用預應力模態分析法也不準確。
要解決存在接觸非線性的模態分析問題，要么只能是重新開發求解器來計算，要么只能想其他的處理辦法。
展開 接觸非線性彈簧系統的模態分析問題
模態分析是振動分析的基礎，因此此處先只討論該系統模態分析的可能性。
傳統的模態分析技術是基于線性模型的線性模態分析，無法有效地處理非線性系統的模態問題。
為此，人們采取了很多近似的分析方法。最初，在整機結構分析中不考慮零件間的接觸特性，忽略聯接特性帶來的影響，將若干個零件視為一體，看作一個不包含聯接的單一實體零件。這個時候，問題變為線性，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器整機的振動模態。這樣的簡化和假定顯然誤差比較大。
隨后，為了考慮零件間的聯接、接觸特性，將零件間的聯接簡化成線性彈簧，彈簧的剛度由聯接剛度決定。這樣種方法顯然要比最初的方法要好，同時問題也仍然是線性的，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器的整機模態。
不足之處是，零件之間的聯接特性不是線性的，本質上是一種接觸特性，作為線性問題處理并不完全合理。比較理想的情況是把零件之間的聯接特性用非線性的彈簧來反映，但是這個時候沒辦法采用線性的模態分析技術獲得機器整機的模態。
目前，針對上述的接觸問題進行模態分析的典型方法是預應力模態分析方法。該方法分兩步，第一步是在考慮接觸特性的情況下做一次靜態非線性分析，獲得在靜態載荷作用下的非線性結構的應力，然后把得到的應力以附加剛度的形式疊加到機器剛度上，最后在不考慮接觸的條件下對這種具有附加剛度的機器結構做線性模態分析，獲得機器的整機模態。
目前，ADINA，ALGOR的非線性模態分析技術以及ANSYS的預應力模態分析技術都是采用這種方法。
針對本文中的模型，由于振動過程中接觸應力肯定是變化的，因此，即使采用預應力模態分析法也不準確。
要解決存在接觸非線性的模態分析問題，要么只能是重新開發求解器來計算，要么只能想其他的處理辦法。
展開 機翼簡易模型結構靜力學分析與預應力模態分析 ￥20
機翼簡易模型結構靜力學分析與預應力模態分析
●學習目標:如圖7-5所示，本實例為機翼簡易模型結構預應力模態分析，通過本實例學習預應力模態
分析的基本操作方法和相關設置。
●起始文件: Ch7/Ch7-1/Airfoil modeling.wbpj。
●結果文件: Ch7/Ch7-1/Airfoil modeling Analysis wbpj。
圖7-5模態分析網格和振 型云圖
圖7-5模態分析網格和振 型云圖
1. 分析流程
(1)靜力學分析。
Step1創建分析系統
啟動Workbench 分析程序，瀏覽打開分析起始文件Airfoil modeling wbpj。拖曳分析系統中[ Static
Structural]. [ Modal ]進人項目流程圖(需要共享[ Gcometry ]、[ Engineering Data]、I Model ]單元格內容).
男存工程文件名稱為Airfoil modeling Analysis, 如圖7-6所示。
圖7-6創建工程文件
Step2定義工程材料數據
雙擊[ Enginering Data(B2)] 單元格，選擇[ General Materials ]材料庫中的[ Aluminum AlloyI.單擊
“+”進行添加。
Step3定義幾何零件行為特性
雙擊項目單元格[ Model(B4)]，進人Mechanical靜力學分析環境。
展開 
預應力模態分析文件丟失
使用Ansys 2021R1的Mechanical 求解預應力模態分析時，報錯如下：
During the multiframe restart process, neither the .RDB file nor the .Rnnn files were found. Both files are required to perform the multiframe restart for the linear perturbation analysis. You must use the RESCON*TROL, LINEAR command in the prior base analysis. The ANTYPE, ,RESTART command is ignored.
分析：
1. static 可以求解，沒問題。Modal無法求解，Modal建立求解模型時，會刪除所有static的結果。
2. 換了一臺電腦可以求解。求解多次后，這臺電腦也無法求解。
應該為數據傳輸出現了一些混亂。
解決方法：
具體原因不得而知，通過清理臨時文件使運算繼續進行。
(default)\AppData\Roaming\Ansys 下的ansys文件夾刪除或重命名。如2021R1，是將v211這個文件夾刪除。
(default)\AppData\Local\Temp下的ansys文件夾刪除或重命名。將.ansys文件夾重命名為noneeded。
或者將下書四行命令寫進txt，重命名為bat。雙擊運行（v211僅適用2021R1版本）。
展開 Abaqus預應力模態分析
Abaqus預應力模態分析
預應力模態
模態分析是一個線性攝動分析，只能進行線性求解。在動力學方程中，其載荷矩陣和阻尼矩陣為0，特征值的提取只取決于剛度矩陣和質量矩陣。而結構在外載荷的作用下剛度矩陣會發生變化，也就間接影響了結構的固有頻率。而預應力狀態下，我們不清楚剛度矩陣的變化對模態頻率的影響時，便需要進行預應力模態分析。
Abaqus預應力模態求解
分析流程如下：第一步先進行非線性靜力學求解——第二步進行模態提取
需要注意的是第一步求解時必須打開幾何非線性，即NLGEOM = YES 否則第一步求解完成后剛度矩陣不會改變，模態頻率也就不會發生變化。第二步模態求解無需設置PERTURBATION（線性攝動）或幾何非線性，軟件默認在開啟幾何非線性的后續分析步中繼續保持。
另外，第一步非線性靜力求解的材料非線性，接觸等都會對結構的剛度矩陣產生影響，進而改變模態頻率。材料如果進入塑性，相應的切向模量會降低，進而導致結構剛度矩陣變小。
靜力分析下接觸狀態的改變也會對剛度矩陣產生影響。Abaqus在進行預應力模態分析時對接觸的處理如下：第一步進行非線性接觸分析，軟件會把第一步分析結果的接觸區域作為第二步模態分析的作用區域，而第一步分析結果的接觸面分開區域不予考慮。需要注意的是，在進行第二步模態分析時，接觸區域并不是簡單的直接轉變為Tie處理，而是通過附加接觸剛度來進行求解。
Abaqus重啟動設置
重啟動分析方式是一種很便捷的模式。比如，我們需要算在預應力狀態下的模態，振動，沖擊等等一系列工況，而如果不進行重啟動分析，則每個分析工況下都需要重新計算預應力工況，對于大模型，嚴重影響計算效率；而進行重啟動設置后，預應力工況只需計算一次。
展開 彈簧桿件預應力模態分析
模型導入（采用CATIA建模）
2.參數設置：一端固支，一端施加軸向10N預緊力，進行模態計算
3.模態計算結果（因為是AMD的顯卡，后處理結果顯示只有線框這里就不上圖了）
Abaqus預應力模態分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載
預應力模態
模態分析是一個線性攝動分析，只能進行線性求解。在動力學方程中，其載荷矩陣和阻尼矩陣為0，特征值的提取只取決于剛度矩陣和質量矩陣。而結構在外載荷的作用下剛度矩陣會發生變化，也就間接影響了結構的固有頻率。而預應力狀態下，我們不清楚剛度矩陣的變化對模態頻率的影響時，便需要進行預應力模態分析。
Abaqus預應力模態求解
分析流程如下：第一步先進行非線性靜力學求解——第二步進行模態提取
需要注意的是第一步求解時必須打開幾何非線性，即NLGEOM = YES 否則第一步求解完成后剛度矩陣不會改變，模態頻率也就不會發生變化。第二步模態求解無需設置PERTURBATION（線性攝動）或幾何非線性，軟件默認在開啟幾何非線性的后續分析步中繼續保持。
另外，第一步非線性靜力求解的材料非線性，接觸等都會對結構的剛度矩陣產生影響，進而改變模態頻率。材料如果進入塑性，相應的切向模量會降低，進而導致結構剛度矩陣變小。
靜力分析下接觸狀態的改變也會對剛度矩陣產生影響。Abaqus在進行預應力模態分析時對接觸的處理如下：第一步進行非線性接觸分析，軟件會把第一步分析結果的接觸區域作為第二步模態分析的作用區域，而第一步分析結果的接觸面分開區域不予考慮。需要注意的是，在進行第二步模態分析時，接觸區域并不是簡單的直接轉變為Tie處理，而是通過附加接觸剛度來進行求解。
Abaqus重啟動設置
重啟動分析方式是一種很便捷的模式。比如，我們需要算在預應力狀態下的模態，振動，沖擊等等一系列工況，而如果不進行重啟動分析，則每個分析工況下都需要重新計算預應力工況，對于大模型，嚴重影響計算效率；而進行重啟動設置后，預應力工況只需計算一次。
展開 