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ANSYS WORKBENCH 11.0模态分析
ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）第五章模态分析概述•在本章节主要介绍如何在Design Simulation中进行模态分析. 在Design Simulation中, 进行一个模态分析类似于一个线性分析.–假定用户已经对第四章的线性静态结构分析有了一定的学习了解.•本节内容如下:–模态分析流程–预应力模态分析流程•本节所介绍的这些性能通常能适用于ANSYS DesignSpace Entra licenses及更高的lisenses.–在本节讨论的一些选项可能需要更多的高级lisenses, 需要时会相应的标示出来.–谐响应和非线性静态结构分析在本节将不进行讨论.模态分析基础•对于一个模态分析, 固有圆周频率ωi 和振型φi 都能从矩阵方程式里得到:在某些假设条件下的结果与分析相关:–[K] 和[M] 是常量:•假设为线弹性材料特性•使用小挠度理论, 不包含非线性特性•[C] 不存在, 因此不包含阻尼•{F} 不存在, 因此假设结构没有激励•根据物理方程, 结构可能不受约束(rigid-body modes present) ，或者部分/完全的被约束住•记住这些在Design Simulation 中进行模态分析的假设是非常重要的.[][](){}02=−ii M K φωA. 模态分析过程•模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似, 因此这里不再详细的介绍每一操作步骤. 下面这些步骤里面，黄色斜体字体部分是模态分析所特有的.–建模–设定材料属性–定义接触对(假如存在)–划分网格(可选择)–施加载荷(假如存在的话)–需要使用Frequency Finder 结果–设置Frequency Finder 选项–求解–查看结果…几何模型和质量点•类似于线性静态分析, 任何一种能被Design Simulation支持的几何模型都有可以使用：–实体、面体和线体•对于线体，只有振型和位移结果是可见的。
workbench预应力模态分析
W o r k b e n c h预应力模态分析(总17页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--ANSYS Workbench 作业题目：预应力模态分析机械工程学院姓名：林静学号：05指导教师：赵知辛Workbench 预应力模态分析哑铃静止在面时，受重力作用，利用作用在杆中部的拉力替代重力，对哑铃进行预应力模态分析1.选择分析模块在Custom system 选择 Pre-Stress Modal，双击出现右下界面2.双击Engineering Data添加材料，选择铝合金3.导入事先画好的几何模型右键单击Geometry ,出现Import Geometry,选择几何模型4.双击Model，启动Mechanical 程序单击Geometry 下的哑铃，在Assignment中添加材料打开后界面如下：6 .划分网格光标置于Mesh上，在Relevance Center中选择Medium,双击Mesh，开始划分网格网格划分结果如下：7.在Static Structural 中添加约束和预应力光标置于Static Structural上，在菜单栏Support设定约束和在Loads中加载预应力，如下所示：7.此时树形结构modal中会有pre-stress ，来自于static structural （即上述结构中所加载的）8.预应力求解光标置于Static Structural下的Solution上，在菜单栏的Stress和Deformation 中添加求解Equivalent Stress和Total Deformation，单击菜单栏中Solve,进行求解，结果如下：9.模态求解光标置于Modal下的Solution上，右键单击，选中solve,进行求解,界面如下：9.求解后在Graph中右键单击选择Select All,再次单击右键Create Modal Shape Results ，在树形结构后下会出现Solution Information11.右键单击Modal下的Solution，选择Evaluate All Results,求解界面如下：12.查看各项模态分析结果逐个单击各项Total Deformation,显示各项模态图，如下（1）一阶模态（2）二阶模态（3）三阶模态（4）四阶模态（5）五阶模态(6)六阶模态。
workbench 模态分析实例
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-13
模态分析
作业5 – 求解
在每个模型的各项设置都完成后，我们将准备进 行求解，逐一检查所有分支条前面的状态符。所 有状态符应为以下其一：
– 带电符号（待查） – 绿色钩对号（完成）
Workshop Supplement
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
Workshop Supplement
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-4
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
模态分析
作业5 – 建立求解
记住:当求解结构问题时,我们要 求解多个应力、应变、位移。 由于我们希望确定模型的固有 频率，往往需要适当数目的求 解结果。为了求解固有频率， 我们需要使用到工具 “Frequency Finder”.
12. 点击求解的分支条，并点击
12
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-12
219515986_基于Workbench_的油罐车罐体的模态分析
ｔａｎｋｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｎｏ － ｌｏａｄꎬ７０％ ꎬ８５％ ａｎｄ １００％ ｆｉｌｌｉｎｇ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ. Ａｍｏｎｇ ｔｈｅｍꎬｔｈｅ ｍｏｄａｌ ｍｏｄｕｌｅ
中将流体区域设置为 Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ Ｒｅｇｉｏｎꎬ并设置
罐体内流体域的表面为自由液面ꎻ再其次ꎬ将罐
体结构设置为 Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｇｉｏｎꎬ以便自动生成流
固耦合面ꎬ由于罐体固定在车体上ꎬ因此需要在
２ 模型的建立与分析
罐体底座加上一个固定约束ꎻ最后ꎬ考虑重力对
采用 Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 中的 Ｓｐａｃｅｃｌａｉｍ 模块建立
固定约束ꎬ给系统设置重力加速度. 得到的空载
罐体的固有频率见表 １.
表 １ 不同充液状态的罐体的前 ６ 阶固有频率
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ６ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｏｆ ｔａｎｋｓ
ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｉｑｕｉｄ － ｆｉｌｌｅｄ ｓｔａｔｅｓ
阻尼对湿模态状态系统的影响很小ꎬ几乎可
é ｍｓ
ω２ êê
Ｔ
ë － ρ０ Ｋｃ
固有频率 / Ｈｚ
空载
在分析充液罐体时ꎬ将油体视为一种声学介
１ ２ 声固耦合方程
{
阶次
６
统对应的特征向量.
é Ｋｓ
êê
ë０
５７
邓康茜ꎬ等:基于 Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 的油罐车罐体的模态分析
}
声场刚度ꎻＣ ｓ 是结构阻尼矩阵ꎻＣ ａ 是声场阻尼
基于workbench的某电池箱上盖模态分析及优化
关 键 词 ： 电 池 箱 上 盖 ；W o rk b e n ch ; 模 态 分 析 ；拓 扑 优 化
1 引言
2 模态计算理论
ห้องสมุดไป่ตู้
传统燃油汽车的使用，不仅消耗大量的石 油资源，而且排放的尾气也带来很大的环境危 害。随着保护环境的意识不断加强以及能源枯 竭的问题不断加剧，加大对节能、清洁、高效 的电动汽车的研究力度，已经成为了各国的共
续 的 结 构 优 化 设 计 提 供 参 考 ，所以本篇文章 研究电池箱盖的自由模态w。由以上分析知， 在 求 解 电 池 箱 盖 的 固 有 频 率 时 ，阻尼与外部 载荷可以忽略不计，则 （1)式可简化为：
酿 }={0}
⑵
电池箱上盖的自由振动可以看做是简谐
运动，则解设为：
[x]={u }cosa>t
电池作为纯电动汽车唯一的动力来源， 其 稳 定 性 决 定 了 整 车 的 安 全 性 ，而电池箱 上 盖 作 为 动 力 电 池 防 护 装 置 之 一 ，它的可 靠性对电池的性能产生直接影响，因此， 电池箱盖的使用寿命对于纯电动汽车而言 是 至 关 重 要 的 。纯 电 动 汽 车 在 路 面 上 行 驶 时 ，由 于 路 面 不 完 全 平 坦 而 产 生 振 动 ，此 时 电 池 箱 上 盖 会 受 到 激 振 ，为 避免发生共 振 ，必须要对电池箱盖进行模态分析计算 出 其 固 有 频 率 ，以便在结构 设计时避开发 生 共 振 的 区 域 与 模 态 值 |4、
ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第6章-模态分析
第6章 模态分析 模态分析主要用于确定结构和机器零部件的振动特性（固有频率和振型）也是其他动力学分析（如谐响应分析、瞬态动力学分析以及谱分析等）的基础。
利用模态分析可以确定一个结构。
本章先介绍动力学分析中较为简单的部分★ 了解模态分析。
6.1 模态分析概述模态分析（Modal Analysis ）亦即自由振动分析，是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
模态分析的经典定义是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。
坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。
对于模态分析，振动频率i ω和模态i φ是由下面的方程计算求出的：[][](){}20i iK M ωφ−= 模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报、结构动力特性的优化设计提供依据。
模态分析应用可归结为：评价现有结构系统的动态特性。
在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计。
诊断及预报结构系统的故障。
控制结构的辐射噪声。
识别结构系统的载荷。
ANSYS Workbench 17.0有限元分析从入门到精通受不变载荷作用产生应力作用下的结构可能会影响固有频率，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结构，因此在某些情况下执行模态分析时可能需要考虑预应力的影响。
进行预应力分析时首先需要进行静力结构分析（Static Structural Analysis ），计算公式为：[]{}{}K x F =得出的应力刚度矩阵用于计算结构分析（[][]0S σ→），这样原来的模态方程即可修改为：[][]()2i K S M ω+− {}0iφ= 上式即为存在预应力的模态分析公式。
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Workbench -Mechanical Introduction第五章模态分析简介Training Manual •在这一章中，将介绍模态分析。
进行模态分析类似线性静力分析。
–假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。
•本章内容:–模态分析步骤–有预应力的模态分析步骤•本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许可。
Training Manual模态系统分析基础•对于模态分析，振动频率ωi 和模态φi 是根据下面的方程计算的出的：2•假设:[][](){}0=−iiM K φω–[K] 和[M] 不变:•假设材料特性为线弹性的•利用小位移理论，并且不包括非线性的•不存在[C] ,因此无阻尼•无{F} , 因此无激振力•结构可以强迫振动也可以不强迫振动–模态{φ} 是相对值，不是绝对值A.模态系统分析步骤Training Manual •模态分析与线性静态分析的过程非常相似，因此不对所有的步骤做详细介绍。
用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。
–附加几何模型–设置材料属性–定义接触区域(如果有的话)–定义网格控制(可选择)–定义分析类型–加支撑(如果有的话)–求解频率测试结果–设置频率测试选项–求解–查看结果…几何体和质点Training Manual •模态分析支持各种几何体：实体, 表面体和线体–,•可以使用质量点:•质点在模态分析中只有质量（无硬度）。
质点在模态分析中只有质量（无硬度）•质量点的存在会降低结构自由振动的频率。
•材料属性: 杨氏模量,泊松比, 和密度是必需的。
密度是必需的Training Manual… 分析类型Training Manual •从Workbench的工具栏中选择“Modal”指定模型的分析类型。
•在Analysis Settings中:–提取的模态阶数：1到200（默认的是6）。
–指定频率变化的范围（默认的是0到1e+08Hz）。
workbench径向应力的模态分析
20
July 10, 2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.
ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002406 WS4-10
. . . Workshop 4 – 结果
Workshop Supplement
Workbench-Simulation Dynamics
– 预应力可能增大或者减小自然频率.
• 比如; – 如果钢琴线的预张力增大，则固有频率增大. – 如果在欧拉柱的压缩载荷增加了，则其固有频率将会降 低.
Constrained Bore Perimeter Pre-Stress
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8.
约束圆盘的中孔. 在 Static Structural分支，选择 >Insert>Fixed Support.
8
9. 选择面选模式
10. 旋转模型,按住<CTRL>，左键选择如图所示的10个面.
1. 在Details中，点击 “Apply”.
9
<CTRL>
10
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Inventory #002406 WS4-7
Workshop 4 – 模态求解
Workshop Supplement
Workbench-Simulation Dynamics
•
校核模态分析设置的细节
15. 在“ Initial Conditions”的Details窗口中,将“initial condition environment”设置成 “Static Structural” 16. 在“Analysis Settings”的Details中, 确认提取10阶模态.
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Workbench -Mechanical Introduction
第五章
模态分析
简介
Training Manual •在这一章中，将介绍模态分析。
进行模态分析类似线性静力分析。
–假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。
•本章内容:
–模态分析步骤
–有预应力的模态分析步骤
•本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许可。
Training Manual
模态系统分析基础
•对于模态分析，振动频率ωi 和模态φi 是根据下面的方程计算的出的：
2•假设:
[][](){}0
=−i
i
M K φω–[K] 和[M] 不变:
•假设材料特性为线弹性的
•利用小位移理论，并且不包括非线性的•不存在[C] ,因此无阻尼•无{F} , 因此无激振力
•
结构可以强迫振动也可以不强迫振动
–模态{φ} 是相对值，不是绝对值
A.模态系统分析步骤
Training Manual •模态分析与线性静态分析的过程非常相似，因此不对所有的步骤做详细介绍。
用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。
–附加几何模型
–设置材料属性
–定义接触区域(如果有的话)
–定义网格控制(可选择)
–定义分析类型
–加支撑(如果有的话)
–求解频率测试结果
–设置频率测试选项
–求解
–查看结果
…几何体和质点
Training Manual •模态分析支持各种几何体：
实体, 表面体和线体
–,
•可以使用质量点:
•质点在模态分析中只有质量（无硬度）。
质点在模态分析中只有质量（无硬度）
•质量点的存在会降低结构自由振动的频率。
•材料属性: 杨氏模量,泊松比, 和密度是必需的。
密度是必需的
Training Manual。