ansys 自由模態的案例
初學ANSYS的自由模態分析
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初學ANSYS的自由模態分析：
槳葉的自由模態分析：
槳葉形狀如圖所示，尺寸為29寸逆槳。
材質預設為Structural steel。
任何物體在自由狀態下都存在 6 個剛體運動 - 三個方向的平移和三個方向的轉動。如果不施加任何約束進行模態分析，則至少會出現 6 個零頻率，稱為剛體模態。
槳葉的前六階為零頻和接近零頻。
固有頻率：是指結構系統在受到外界激勵產生運動時，只由系統本身性質決定的特定的頻率。
固有頻率也稱為自然頻率。物體做自由振動時，其位移隨時間按正弦或余弦規律變化，振動的頻率僅與系統固有特性有關如質量、形狀、材質等有關，其對應周期稱為固有周期。
固有頻率與外界激勵沒有關系，是結構的一種固有屬性。不管外界有沒有對結構進行激勵，結構的固有頻率都是存在的，只是當外界有激勵時，結構是按固有頻率產生振動響應的。
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,當物體的性質發生變化時才會改變。
實際的分析對象是無限維的，所以其模態具有無窮階。但是對于運動起主導作用的只是前面的幾階模態。所以計算時根據需要計算前幾階的。
展開 自由模態與約束模態對比
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 自由模態分析和約束模態分析的區別
要單純進行模態試驗，加不加約束都可以，以方便實現和工程需要為準！
關于上面的討論，談幾點看法
1. 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，則需要進行只有模態的分析；
2. 在作自由模態分析時，可能會得出前幾階固有頻率為0，這些為0的固有頻率表現為剛體模態；
3. 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；
4. 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.
文章來源：CAE人內參
展開 基于Hyperworks白車身自由模態分析及模態陣型線性疊加 ￥25
模態分析是計算或試驗分析固有頻率、阻尼比和模態振型這些模態參數的過程。模態陣型是體現結構在某一特定頻率下的振動形狀，而這種特定陣型所對應的就是模態頻率。白車自由模態分析，即模型不加任何形式的約束下的模態分析。白車身模態分析的分析對象就是白車身，又簡稱為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構，不包括通過螺栓連接或粘接在車身本體上的玻璃、車門、發動機罩板、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定為1-100Hz；下限設為1Hz，其目的是避免計算前6階的剛體模態。本案例考慮到節約計算時間,僅提取了頻率小于50HZ的所有模態。
前處理：Optistruct 后處理：Hyperview
白車身一階扭轉及一階彎曲模態識別（見收費內容）：
整體一階扭轉陣型圖
整體一階彎曲陣型圖
模態陣型線性疊加
針對后處理（模態分析-后處理）中根據模態分析輸出的結果，陣型或者應變能云圖采用線性疊加的方法，得到所有任意階數下線性疊加后的陣型圖或應變能云圖。
16階模態陣型線性疊加圖
凡購買本案例的朋友在操作上有什么疑問，都可以私信我，針對本案例中的操作問題我將免費為你解答。還是那句話，我們不玩虛的，玩虛的沒意思！
展開 
3D輪胎自由模態的提取 ￥5
本次文章主要講述了3D輪胎自由模態的提取，因為所要提取的是自由模態，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輪胎自由模態提取即可。模態頻率的關鍵字為*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，將二維輪胎模型進行旋轉可得3D輪胎模型，關鍵字為*SYMMETRIC MODEL GENERATION.
二維輪胎有限元模型如下所示：
有關3D輪胎旋轉的相關內容在3D輪胎的生成文章中已進行講述，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 某車型機罩自由模態分析 ￥2
摘要：自由模態分析是模態分析的一個重要組成部分，它不考慮任何約束的影響，得到的是結構本身的固有特性。通過自由模態的分析，可以了解結構的性能。本文以某款機罩為例，運用Hypermesh建模，并用nastran進行求解，最后在Hyperview中進行后處理，得到機罩的一階自由模態頻率。
一、網格劃分
通常網格劃分用hypermesh或ansa，比較而言，ansa更具有優勢，針對鈑金件，batch一下，就能得到比較好的質量，基本不用再調質量。以下幾點需要注意：
1、機罩總成需要包邊處理，在幾何處理時，就要考慮內外板包邊，避免內外板網格劃分完了再刪單元補包邊，費時費力還不準確；包邊厚度=2倍外板+內板，材料同外板材料，單獨賦予PID；
2、鉸鏈劃分六面體單元（模態分析也可以劃分殼單元，其他分析，推薦實體單元），厚度方向至少劃分3層，螺栓孔處做washer處理，節點數為偶數；其他打螺栓或者螺釘的孔位均做washer處理。
3、劃分網格時，保證幾何特征，特別是針對一些需要考察的位置，一定要保留幾何特征。
展開 新手關于自由模態操作步驟的總結
自由模態：
1.創建材料，編輯材料，彈性模量E，泊松比NU，密度；
2.創建屬性，編輯厚度T；
3.創建一個components，再自動創建屬性；
4.創建comp name：spot，選綠色，no card image, no property.
5.打焊點 SPOT,type選擇ace（shell）；
6.創建component，name=RBE2，顏色：藍色，no card,no property.
7.進行二保焊rigids
8.創建模態，loadcol name:M card:EIGRL ND:10
9.創建analysis,loadsteps name: M type:normalmodes method(struct):M
10.創建control cards, sol:analysis(normal
modes) ,PARAM：AUTOSPC（自動約束）、POST（輸出控制）
GLOBAL_OUTPUT_REQUEST:DISPLACEMENT,ESE
展開 單自由度彈簧振子模態分析
一個很簡單的模態分析。
理論模態分析之多自由度系統（三）
引入模態矩陣和模態坐標。
用模態振型對物理參數進行處理，得出模態參數。
歸一化處理。
模態參數表達式。
2 對于結構阻尼和非比例阻尼，同樣存在頻響函數的概念，但此時的模態矩陣稱為復模態矩陣。
基于Hyperworks+lsdyna白車身自由模態分析 ￥15
模態分析是計算或試驗分析固有頻率、阻尼比和模態振型這些模態參數的過程。模態陣型是體現結構在某一特定頻率下的振動形狀，而這種特定陣型所對應的就是模態頻率。白車自由模態分析，即模型不加任何形式的約束下的模態分析。白車身自由模態分析的分析對象就是白車身，又簡稱為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構，不包括通過螺栓連接或粘接在車身本體上的玻璃、車門、發動機罩板、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定為1-100Hz；下限設為1Hz，其目的是避免計算前6階的剛體模態。本案例主要介紹如何使用Hyperworks+lsdyna進行白車身自由模態分析，考慮到節約計算時間,僅提取前10階模態。
前處理：Hyperworks/lsdyna 后處理：Hyperview
白車身一階扭轉及一階彎曲模態識別（見收費內容）：
整體一階扭轉陣型圖
整體一階彎曲陣型圖
本案例僅提供模型文件結果文件及相關指導，凡購買的朋友針對本案例仿真實現上有什么疑問可以私信，同時可參考CAE追夢者前期發的帖子《基于Hyperworks白車身自由模態分析及模態陣型線性疊加》中采用optistruct軟件進行白車身自由模態分析的結果，進而對比lsdyna與optistruct在計算模態分析中的差異。
展開 hypermesh二次開發-自由模態分析計算
1、運行插件
2、點擊modal analysis后出現輸入頻率low bound對話框，輸入0即可
3、點擊proceed，彈出輸入upper bound對話框，輸入100
4、點擊proceed，這樣工況跟卡片就自動建立好了
查看一個工況，就是我們定義的0-100hz
基于python進行有限元分析—定結構自由振動的固有圓頻率和模態振幅向量 ￥59.9
</p><p>題中求了8階的固有頻率和模態振幅，從結果中可以看出，隨著階數的增加固有頻率的值逐漸增加，模態幅值也逐漸變大。并且從上課中學習到如果想讓8階固有頻率和模態計算更加準確，應在計算時設計的階數更大(大于8階)，提高計算精度。
理論模態分析之單自由度系統（二）
2 結合振動微分方程來看，齊次方程對應的是自由振動，非齊次方程對應的則是受迫振動。求解有初始條件的自由振動其實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其實就是求解非齊次方程的初值問題。尤其對于受迫振動來說，初值條件決定的是該振動系統自由振動（齊次項）的特解系數的選擇。
3 實際的振動系統（結構）都是有阻尼的，所以無論初始條件是什么，對于受迫振動來說，齊次項總是衰減的，一段時間后，結構的響應只剩下非齊次項。所以我們完全可以假設初始條件為零，之所以這樣假設，是因為這會給積分變換法求解微分方程帶來很大的方便。
復習積分變換，再看一個例子。
拉普拉斯變換與微分的關系：
在振動理論中，由于存在阻尼，假設初始條件為零，并不影響振動問題的求解。
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1 粘性阻尼，振動微分方程（物理參數）
進行傅立葉變換（特殊的拉普拉斯變換），獲得頻率響應函數（函數參數）
2 結構阻尼，振動微分方程（物理參數）
進行傅立葉變換，獲得頻率響應函數（函數參數）
3 加速度頻響函數，速度頻響函數，位移頻響函數之間的轉換
展開 simsolid使用心得外加摩托車架自由模態分析步驟
Simsolid在使用后發現是款非常高效的解決力學分析的軟件現對使用后的其中最常用的模態分析做個簡單的介紹。
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”，但是工作量相對來說非常大，2種方式都可以進行常規的自由模態分析，而simsolid的自由模態分析非常簡單易操作，大致步驟如下所示。先附材料屬性
然后設置零部件之間的接觸 選擇模態分析計算前3階（上面的6改成3） 點solve計算得到如下結果
計算信息，看得出來還是很快
模態固有頻率兩種方法比較如下圖
總結：總體來看simsolid操作難度對于我這種新手來說沒難度，計算效率非常高，界面也很明朗，沒得過多多余的按鍵。其它比如動力學，熱力學仿真暫時沒試，就測試的模態分析來說前三階數據的差異性我自己覺得應該體現在模型結構上，關于simsolid的計算精度需要后期找實物進行更精確的試驗對比才能佐證。然后還希望simsolid團隊能夠把更多實用性的分析做進去，比如疲勞，聲學等，同時加強算法的論證提高計算精度，我想相信它一定會成為菜鳥級工程師的最愛。
展開 Abaqus鼓風機葉輪模態(自由+重力+離心力)及諧響應分析
[圖片]
