模態分析
關注創建者：智創仿真 創建時間：2016-03-16
模態分析的視頻教程
Workbench零件自由模態分析——AnsysWorkbench模態分析
誒藍科技和你一起進行模態分析，一起操作，一起完成模態分析并對結果進行講解。 ?后續誒藍科技還會陸續上傳AnsysWorkbench模態分析的課程。包括單零件體、裝配體等，包括自由模態、約束模態、有預應力的模態分析等，進行詳細的講解。歡迎大家持續關注。 ?
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Workbench零件約束模態分析——AnsysWorkbench模態分析
通過本課程，你能夠： 掌握模態分析基本理論，以及模態分析的結果如何指導工程實際； 掌握單零件體的約束模態分析流程； 熟練的掌握一種模型導入方法，該方法不通過中間格式，如stp，igs等； 本課程不是通過已經做好的實例進行講解，而是直接從建模到最后分析結果直接操作，整個的模態分析的操作過程。以及在操作過程中遇到的問題及時的進行講解和分析。
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橡膠減振浮置板軌道系統振動減震結構的模態分析保姆式教程
一般來說，i指的是第一個固定頻率，j指的是相關模態振動頻率范圍的上限頻率。 2 振動減震浮置板軌道結構的模態分析 2.1模態分析類型 模態分析可分為兩種主要類型： 計算模態分析：使用數值方法基于結構的物理特性和邊界條件求解結構的模態特性。 實驗模態分析：對實際結構進行振動實驗，使用傳感器測量頻率響應，從中確定自然頻率和模態形狀。
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模態分析的實例教程
流體計算收斂圖如下：
流體分析完后，我們已經得到了流體在流動時對管路的作用力，隨后便是將該壁面的作用力傳遞到結構靜力分析中去，將靜力分析的結果再傳遞到模態分析中去進行預應力模態分析，靜力分析和預應力模態分析設置如下：
Imported Load分析設置：
6、結果對比分析
將三種情況的結果進行對比分析，分析結果如下，我們可以發現，預應力模態頻率最高，這是由于流體在流動時對管路的壓力提高了管路的剛度，而濕模態對管路沒有左右用，只是在發生振動時起到阻尼作用，導致管路模態頻率下降，干模態則介于這兩者之間，同時還發現，除了第8階預應力模態外，其他預應力模態比干模態高出5~10Hz左右，而第8階次模態則高出許多，說明在通常情況下，干模態分析并不能完全預測在流體作用下實際結構的模態頻率，為準確預測，則需要考慮流體流動甚至重力作用下對結構的影響。（本文重點分析模態頻率，暫不進行振型分析）
7、參考文獻
[1]白靜峰.空調系統的流固耦合振動及其控制研究.2017.河北工業大學,MA thesis.
最后的最后，有不足之處歡迎指出，咱們一起探討、一起進步。
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 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 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 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 
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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。
確認度量（Validation Metrics）
將仿真與試驗數據定量對比：
相對誤差：試驗值∣仿真值?試驗值∣×100%
均方根誤差（RMSE）：n∑(仿真值?試驗值)2
相關系數：衡量變化趨勢一致性
MAC值（模態置信準則）：模態分析結果對比，判斷振型相關性
三、計算特點總結
V&V 工作流對計算資源的消耗模式，與普通"跑一次仿真"截然不同：
特征值分析的模態形狀將用作后續分析的初始幾何缺陷。圖2展示了第一階模態形狀的示意。
圖 3. 線性特征值分析的模態形狀
靜力結構分析
8、創建一個靜力結構分析系統。將特征值分析的求解結果拖拽到新靜力結構分析的模型單元上。此操作用于使用特征值模態形狀的變形形狀。在屬性中將變形形狀的比例因子設為0.1。
9、定義連接。
</strong></p><p class="ql-align-justify">7、創建兩個模態分析仿真算例：一個基于結構靜力仿真的模型設置，另一個基于結構靜力仿真的計算結果。
BoeARl4lxYVa3NEierGuHw" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/fb66c2f3ffd44becafabf414653e1711"></a></p><p>QX系列數采和Catman軟件、電路板測試、應變計量、溫度補償、實例展示應變與振動加速度的比較、快速模態分析
圖1 基于模態綜合法的剛柔耦合建模流程
以圖2所示的三軸機械臂運動平臺為例，將其按照相對運動關系劃分為底座、懸臂、滑臺和工作軸部件，通過自由模態分析進行各部件剛柔耦合判別，將底座、懸臂和工作軸部件建模為柔性體，滑臺部件建模為剛性體。
圖2 三軸機械臂運動平臺模型圖
在此基礎上，采用模塊化建模方式在Simulink環境中構建三軸運動平臺的剛柔耦合仿真模型。
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。
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**(2) 模態分析（自由/約束）**
- 求解前6–10階固有頻率與振型。
- 目標：**低階模態避開工作頻率（通常50–200Hz）**，防止共振。
- 典型薄弱振型：**殼體“呼吸”變形（中心鼓脹）**。
