Modal的案例
Workbench之19 Coupled Field Modal 耦合場模態分析
Workbench之19 Coupled Field Modal 耦合場模態分析
耦合場模態分析系統，建立結構及其周圍流體模型，確定結構的頻率及駐波型式。系統支持2D及結構-電場耦合。
本系統在Mechanical中配置，使用Mechanical APDL求解器計算
使用耦合場模態分析系統：
1） 要添加Coupled Field Modal耦合場模態系統，從工具箱拖拽該系統至項目圖，或在工具箱中雙擊該系統
一旦選定該系統，顯示下述提示：
該信息告知，通過在Setup單元的屬性頁選擇物理類型，將在隨后的Mechanical程序中自動創建物理域（對象）；Structural（結構）和Electric（電）是只讀活動屬性，Acoustics（聲）是只讀非活動屬性，見下圖
2） 若無需顯示該提示，勾選“Do not show me this again”
3） 點擊OK關閉該提示框
4） 要載入幾何體，右擊Geometry單元，快捷菜單選擇Import Geometry
5） 要導入模型，雙擊Setup單元，或右鍵快捷菜單選擇Edit
6） 在Mechanical窗口，使用工具和特征完成分析
展開 workbench19.0中的Modal Acoustics濕模態求解 ￥20
mod=viewthread&tid=1077009
在19.0版本中已經將Modal Acoustics模塊集成其中，可以很方便的進行濕模態及濕模態諧響應的分析。但是一些具體的操作和之前的插件版本有些差異。
模型：
頻率：
模態振型：
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 dyna重啟動總結
dyna主要有簡單重啟動、小型重啟動、完全重啟動
簡單重啟動主要是計算到設置的求解時間，而進行再次求解
小型重啟動：查找幫組文檔
3、完全重啟動
對k文件進行大量修改，比如增加材料,part,添加接觸等
下面主要是今天自己學習的內容：
基礎案例：modal-a運動物體打擊靶板
運動物體侵徹目標靶板
完全重啟動案例1：modal-b
在基礎案例modal-a基礎上，再添加一層靶板，以modal-a求解最后一步為開始重啟動計算，增加求解時間，運動物體剩余動能繼續侵徹第二層靶板；
完全重啟動案例2：modal-c
在基礎案例modal-a基礎上，再添加一顆運動物體，刪除第一顆運動物體，以modal-a求解最后一步為開始重啟動計算
給定新運動物體一個初速度，侵徹第一層靶板，靶板上有第一顆運動物體打擊后留下的空洞和殘余應力
完全重啟動案例3：modal-d
在基礎案例modal-a基礎上，不僅添加一層靶板，而且再添加一顆新運動物體，初始運動物體不刪除，以modal-a求解最后一步為開始重啟動計算，增加求解時間，運動物體剩余動能繼續侵徹第二層靶板，新運動物體侵徹第一層帶有孔洞的第一層和第二層目標靶板；
最后進行本次學習總結和建立的步驟，修改的地方，以其未來有用
展開 
Ansys Workbench應譜計算-小白案例 ￥10
網格劃分：雙擊 Modal 系統中的“Model”單元格進入Mechanical界面。
1） 設置全局網格大小：在 左側 “Outline” 面板 選中 Mesh。在右側 “Details of Mesh” 面板：找到 “Element Size”輸入 0.1 m。
2） 右鍵點擊“Mesh”，選擇“Generate Mesh”進行網格劃分。
5. 施加邊界條件：在Mechanical界面中，右鍵點擊 Modal 系統中的“Modal”，選擇“Insert” -> “Fixed Support”。選擇框架底部的兩個端點（按住 Ctrl 鍵，然后依次點擊多個點。），點擊 “Apply”施加固定支撐。
展開 Abaqus中阻尼的定義
針對模態動力學分析，在ABAQUS/Standard中可定義幾種不同類型的阻尼：直接模態阻尼(Direct Modal Damping)，瑞利阻尼(Rayleigh Damping)，復合模態阻尼(Composite Modal Damping)和結構阻尼(Structure Damping)。
ABAQUS模態動力學分析中用*MODAL DAMPING選項來定義阻尼。阻尼是包含在分析步內定義的一部分，每階模態可以定義不同量值的阻尼。
1直接模態阻尼
采用直接模態阻尼可以定義對應于每階模態的阻尼比ξ。其典型的取值范圍是在臨界阻尼的1％～10％之間。直接模態阻尼允許用戶精確定義系統的每階模態的阻尼。在分析步驟內定義直接模態阻尼。如圖1所示，激活直接模態阻尼選項(Direct modal)，并在數據行內輸入數據。
對應的ABAQUS輸入文件為：
*MODAL DAMPING, MODAL=DIRECT
m1, m2, ξa
其中，*MODAL DAMPING選項中的MODAL=DIRECT 參數表示被指定的直接模態阻尼，數據行輸入的數據m1為起始模態序號，m2為截止模態序號， ξa為模態阻尼比。例如，對于前10階振型的阻尼定義為4%的臨界模態阻尼，11～20階振型的阻尼為5%的臨界阻尼，在分析步驟中的定義如下：
*MODAL DAMPING, MODAL=DIRECT
1，10，0.04
11，20，0.05
2瑞利阻尼
在瑞利阻尼中，假設阻尼矩陣可表示為質量矩陣和剛度矩陣的線性組合，即
C=αM βK (1)
其中，α和β是用戶根據材料特性定義的常數。
展開 ABAQUS中阻尼的定義
針對模態動力學分析，在ABAQUS/Standard中可定義幾種不同類型的阻尼：直接模態阻尼(Direct Modal Damping)，瑞利阻尼(Rayleigh Damping)，復合模態阻尼(Composite Modal Damping)和結構阻尼(Structure Damping)。
ABAQUS模態動力學分析中用*MODAL DAMPING選項來定義阻尼。阻尼是包含在分析步內定義的一部分，每階模態可以定義不同量值的阻尼。
1、直接模態阻尼
采用直接模態阻尼可以定義對應于每階模態的阻尼比ξ。其典型的取值范圍是在臨界阻尼的1％～10％之間。直接模態阻尼允許用戶精確定義系統的每階模態的阻尼。在分析步驟內定義直接模態阻尼。如圖1所示，激活直接模態阻尼選項(Direct modal)，并在數據行內輸入數據。
對應的ABAQUS輸入文件為：
*MODAL DAMPING, MODAL=DIRECT
m1, m2, ξa
其中，*MODAL DAMPING選項中的MODAL=DIRECT 參數表示被指定的直接模態阻尼，數據行輸入的數據m1為起始模態序號，m2為截止模態序號， ξa為模態阻尼比。
展開 【模態動力學筆記#1】Steady-State Dynamic base Modal Theory
諧響應分析的目的
用來求解結構在連續諧波激勵下的線性響應.求解穩態動力學響應有三種方法：subspace,direct,modal。base modal的方法是利用前一個分析步提取出來的一系列模態特征計算穩態解。
2. ABAQUS的求解原理
2.1 特征值提取
對于一個具有N個自由度的多自由度系統，可用N個獨立的廣義坐標描述系統的運動狀態：
對于N自由度的系統，一定可以找到N個固有頻率
以及相對應的振型
【
，
是
提
取
的
模
態
的
數
目
】 。
左邊的矩陣是
的,等號右邊是0，所以
是
的。
所謂振型按我的理解就是共振時，結構的一個形狀。用數學方式表示就是一個特定的解向量
將
組裝成 Nxn 矩陣
，其中每一列都包含一個特征模態。
展開 振動方面的英語詞匯
(Normal Mode)
復模態 (Complex Mode)
模態參數 (Modal Parameter)
模態頻率 (Modal Frequency)
模態阻尼比 (Modal Damping Ratio)
模態振型 (Modal Shape)
模態質量 (Modal Mass)
模態剛度 (Modal Stiffness)
模態阻力系數 (Modal Damping Coefficient)
模態阻抗 (Modal Impedance)
模態導納 (Modal Mobility)
模態損耗因子 (Modal Loss Factor)
比例粘性阻尼 (Proportional Viscous Damping)
非比例粘性阻尼 (Non-proportional Viscous Damping)
結構阻尼 (Structural Damping，Hysteretic Damping)
復頻率 (Complex Frequency)
復振型 (Complex Modal Shape)
留數 (Residue)
極點 (Pole)
零點 (Zero)
復留數 (Complex Residue)
隨機激勵 (Random Excitation)
偽隨機激勵 (Pseudo Random Excitation)
猝發隨機激勵 (Burst Random Excitation)
穩態正弦激勵 (Steady State Sine Excitation)
正弦掃描激勵 (Sweeping Sine Excitation)
錘擊激勵 (Impact Excitation)
頻響函數的H1 估計 (FRF Estimate by H1)
頻響函數的H2 估計 (FRF Estimate by H2)
頻響函數的H3 估計 (FRF Estimate by H3)
單模態曲線擬合法 (Single-mode
展開 [用戶培訓]2016年LMS用戶培訓計劃匯總
Test.Lab Signature
3
北京
1500元/人
8
18/Apr-22/Apr
Test.Lab Modal
5
上海
2500元/人
9
19/Apr-21/Apr
Virtual.Lab Motion
3
北京
1500元/人
10
4/May-6/May
Test.Lab Modal
5
武漢
1500元/人
11
10/May-11/May
Virtual.Lab Durability
2
北京
1000元/人
12
10/May-12/May
Imagine.Lab Amesim整車匹配/降油耗解決方案
3
北京
1500元/人
13
10/May-12/May
Test.Lab Signature
3
上海
1500元/人
14
24/May-26/May
Samcef Mecano
3
北京
1500元/人
15
24/May-26/May
Test.Lab Acoustics
3
上海
1500元/人
16
13/Jun-17/Jun
Test.Lab Modal
5
上海
2500元/人
17
14/Jun-16/Jun
Imagine.Lab Amesim液壓泵與閥高級建模
3
北京
1500元/人
18
14/Jun-16/Jun
Virtual.Lab NVM
3
北京
1500元/人
19
14/Jun-16/Jun
Test.Lab Durability
3
北京
1500元/人
20
21/Jun-23/Jun
Virtual.Lab Acoustics
3
北京
1500元/人
21
21/Jun-23/Jun
展開 懸臂梁的諧響應分析 ￥1
2、建立模型
要進行諧響應分析，必須先進行模態分析，因此在項目管理界面中拖入一個Modal 分析模塊，然后點擊左鍵拖一個Harmonic Response 模塊至Modal 分析模塊的Model上方，釋放左鍵，這樣程序會自動共享Modal 的材料屬性，幾何體及網格劃分結果至Harmonic Response 模塊中。
右鍵單擊A 分析下的Geometry，選擇New Geometry，下面將利用Workbench的Design Modeler 來建立問題的幾何模型。按正常的方法建立模型。
雙擊A 分析下的Geometry，選擇millimeter 毫米單位制
點擊sketching ，出現下面的界面
然后點擊Z 軸，即在x-y 面上作圖
接著點擊circle
點擊dimensions
然后點擊extrude，接著在輸入Depth=400mm
最后點擊Generate
點擊右上角的關閉按鈕，此模型已保存在分析文件中了。下面進入模態分析。
3. 模態分析
雙擊Model單元進入分析界面，點擊Solid。
接著觀察左下角
定義材料屬性為默認的Structure Steel ，也就是此處不做任何改動。
網格劃分，點擊右上角的mesh，修改劃分尺寸
接著右擊mesh，點擊generate mesh ，生成網格
選中右上角Modal，然后定義Support，將模型的一端定義一個Fix Support 。
隨即點擊兩端的任一面，點擊右下角的Apply 。
點擊Solve ，求解。出現下面的框，表示求解正在進行。
繼續
進修點擊Solve ，求解，程序默認求解了系統的前6 階固有頻率，還可以查看相應的振型。
展開 
科研分享 | 單樁基礎海上風力發電機的模態阻尼識別
https://ww2.mathworks.cn/matlabcentral/fileexchange/82380-mimo-modal-parameters-identification-in-frequency-domain?s_tid=FX_rc1_behav
2、Operational modal analysis with automated SSI-COV algorithm
https://ww2.mathworks.cn/matlabcentral/fileexchange/69030-operational-modal-analysis-with-automated-ssi-cov-algorithm?s_tid=FX_rc2_behav
3、B.Peeters,H.Van der Auweraer,P.Guillaume,J.Leuridan The polymax frequency-domain method: a new standard for modal parameter estimation?Shock and Vibration,11 (3–4) (2004), pp.395-410
4、Parloo, E., 2003. Application of Frequency-Domain System Identification Techniques in the Field of Operational Modal Analysis, Ph.D. Thesis.
5、Verboven, P., 2002.
展開 Samcef field隱式非線性模態分析鏈接式梁結構
Chaining __Modal analysis after an implicit non-linear computation
此案例為samcef field初級學習案例，主要讓用戶熟悉samcef的建模及模態分析，計算非線性可形變模型的特征頻率。模型為兩個接觸銜接的梁結構。練習步驟主要包括： 梁結構幾何模型建模，分析數據設置，網格劃分，求解，后處理查看。
Modeler
Analysis data
Behavior
Material
Constraints
Loads
Assemblies
Initial conditions
Mesh
Solver
Solver setting tab
Results of the non-linear analysis
Modal analysis on the deformed configuration
Results for modal analysis
Chaining_tutorial.pdf
Corrected_files.zip
展開 nastran結構求解序列
SOL Number SOL Name Description
101 SESTATIC Statics with Options:
Linear Steady State Heat Transfer
Alternate Reduction
Inertia Relief
Design Sensitivity - Statics
103 SEMODES Normal Modes with Option:
Design Sensitivity - Modes
105 SEBUCKL Buckling with options:
Static Analysis
Design Sensitivity - Buckling
106 NLSTATIC Nonlinear or Linear Statics
107 SEDCEIG Direct Complex Eigenvalues
108 SEDFREQ Direct Frequency Response
109 SEDTRAN Direct Transient Response
110 SEMCEIG Modal Complex Eigenvalues
111 SEMFREQ Modal Frequency Response
112 SEMTRAN Modal Transient Response
114 CYCSTATX Cyclic Statics with Option:
Alternate
展開 Adams中柔性體模態應力恢復的一點理解
關于adams中的柔性體模態應力恢復（modal stress recovery）：
1 在用有限元軟件生成MNF的時候，是可以選擇是否包含應力，應變信息的。由于我們在adams中只關心變形（即特征值，特征向量），且希望柔性體文件較小，因此一般不選應力，應變。但是若要查看應力，此時就需要選上。
2 MSC Fatigue提供了一種基于模態應力恢復的進行疲勞計算的方法。其一般步驟是：（1）利用有限元Nastran生成MNF文件（包含變形及應力，供adams使用），及XDB文件（包含模態應力，modal stress）（2）利用帶有MNF文件的Adams模型進行工況仿真，利用durability插件輸出部件的模態位移（modal coordinate）；（3）在MSC Fatigue中進行加載，其中載荷信息是由上述兩部分組成，每階模態的模態應力及相對應的模態位移。
PS：以上為個人理解，歡迎指正。
展開 