Ansys Workbench自由模态及预应力模态计算

Ansys Workbench 自由模态及预应力模态计算

模态计算是研究结构振动特性必不可少的，即分析结构的固有频率和振型，同时也是进行其他动力学分析的，如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析必不可少的。

结构固有频率只取决于系统本身的刚度和质量的比值，简单的单自由度弹簧质量系统的固有频率可表示为：

m

2 1

2 K

==

π

πωi i f ---i ω为系统圆周频率

---K 为系统刚度 ---M 为系统质量

所以一般模态计算只需计算无阻尼固有频率即可，当需要谐响应分析联合计算考虑振动值时，需考虑阻尼的影响，下面利用Ansys Workbench 有限元计算软件求解结构自由模态和有预应力模态。 一、结构自由模态计算

1、打开软件，进入Ansys Workbench 操作平台，下图示， 选中左侧Modal 模块，双击或者鼠标左键按住拖动至右侧空白处

2、双击Engineering Date,编辑材料，如下图所示 点击左上角Engineering Date Sources

出现材料库文件夹，选择其中一种（此处选择General Materials），下面出现该材料库中包含材料名称，点击后面按钮，此时材料即可使用（此处选择Aluminum Alloy）

再次点击Engineering Date Sources即可退回下图，点左上角Engineering Date关闭按钮

3、CAD导入或者直接建立模型，此处直接导入solidworks建立好的模型

右键Geometry---Browse

弹出选择对话框，选择你所需的模型

（若Ansys worbench软件没有与CAD软件关联，可先将模型转化成中间格式）

4、双击Geometry，进入界面选中Import1，右键生成模型，或者直接按F5生成

检查生成模型，如无问题关闭该模块

5、退出至操作平台后，双击Modal，进入设置界面

点击Geometry下part1，在下方出现的Details of part1中的Material---Assignment,选择前面增加的材料Aluminum Alloy

划分网格，如下图所示，mesh—insert—sizing

选择右侧模型，点击Apply，设置Element Size为3

右键选择mesh，生成网格（generate Mesh）

6、选择模型树中Analysis Settings—options--Max modes to Find改成30（设置所求模态阶数为30，可根据需求设置），其余保持默认

7、右键solution—solve，进行求解

8、自由模态求解完成，点击solution，右侧出现所求30阶模态频率（三维模型有6个自由度，且都没有约束，所以前6阶几乎为0，可不考虑）

9、查看某阶频率振型，选中该阶频率，右键单击，选中create Mode shape Results

左侧模型树下出现Total Deformation—Evaluate All Results

点击下方Play按钮，可播放振型动画，点击，可保存动画。（需注意，由于模态计算矩阵经过归一化处理，其振动位移值没有意义，若想计算真实振动位移值，需进行其他动力学分析，如谐响应分析）

二、预应力模态计算

条件：杯子上沿增加一个0.1Mpa压力，底部固定，计算其模态

1、在模态分析之前，增加一个结构静力学计算模块Static Structual,导入模型和材料与前面一致

2、将静力学计算结果导入模态分析模块中，如下图示

右键Static Structual下Solution—Transfer Date New---Modal

3、建立了一个与Static Structual关联的模态计算模块，双击Static Structual模块下的Model 进入载荷及边界条件的设置

4、材料和网格划分与前面讲述的一致，设置完成。

之后设置载荷和边界条件，右键static structural---Insert---Pressure

选择模型上沿面，点击Apply，在Magnitude下输入0.1（注意单位）

同样的操作，选择Fixed support

选择模型底面，点击Apply

5、再设置模态计算模块，与前面自由模态计算设置一致，最后点击求解即可

6、结果与自由模态区别很大，所以在实际工程应用中，对于边界条件和载荷设置非常重要