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CAE模态分析 ppt课件
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EI
4
y(x, t) x4
l
2 y(x, t) t 2
f (x,t)
方程含有对空间变量 x 的四阶偏导数和对时间变量 t 的二阶偏导数，求解时必须引入4
个边界条件和2个初始条件。
2. 固有频率和模态函数
讨论梁的自由振动，因此令
f (x,t) 0
得到运动方程
2 x2
5），导出特征方程 4 - 4 =0
4个特征根为 ， i ，对应4个线性独立的解为 e x 和 ei x 。由于
e x =ch x sh x, ei x = cos x i sin x
因此可将方程（5）的通解写成
8
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p/k
sin（t-）
(1- 2）2 +（2）2
固有频率和振型
3
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• 固有频率：也可称为特征频率、共振频率、主频率。 • 振型：结构在特定频率下的变形称为主振动模态，也可称为振型、特
征型、固有型。 • 每一振型与特定的固有频率有关，这些结果反映结构动力特征，决定
结构怎样对动力载荷做出响应。
1. 动力学方程
5
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l (x)dx
2 y t 2
FS
(FS
FS x
dx)
f
( x, t )dx
（1）
不考虑剪切变形和截面转动的影响时，微元体满足力矩平衡条件，
对右截面上任意点取矩，得
（M
+
M x
dx)
M
FS dx
f
( x, t )dx
dx 2
0
《模态分析例题》PPT幻灯片PPT
齿轮结构的工作状态时变化的即动态的由于结构的振动特性决定结构对于各种动力载荷的响应情况所以在准备进行其它动力分析之前首先要进行模态分析如图标准齿轮齿顶直径
构造模态分析ansys例题
2021-10-25 星期一
构造模态分析根本步骤
模态分析的求解主要分为四个步骤： 建模 加载及求解 扩展模态 观察结果 模型的建立： 建模过程和其他类型的分析类型类似，但应注意以下两点： 在模态分析中只有线性行为是有效的。如果指定了非线性单元，将作为现行的来
分析中用到的单元模型
在摸一个自由度上指定了一个非零的位移约束，程序将以零唯一约束取代。可 以施加除唯一约束以外的其它载荷，但在模态提取时将被忽略。 模态扩展： 模态扩展指将阵型写入结果文件，如果要在后处理器中查看振型，就必须进展扩 展。 观察结果： 模态分析的结果被写入结果文件Jobname.RST中，包括：固有频率、振型、相对应 力分布。
对待。 材料性质可以是线性的和非线性的、各向同性的或正交各向异性的、恒定或与温
度相关。在模态分析中必须定义弹性模量EX和密度DENS〔或某种形式的质量〕。 加载并求解：
构造模态分析根本步骤
加载并求解： 首先定义分析类型、定义载荷和边界的模态分析(预应力效用除外)中，唯一有效的‘载荷’是零唯一约束，如果
齿轮模型几何信息
齿轮构造的工作状态时变化的， 即动态的，由于构造的振动特 性决定构造对于各种动力载荷 的响应情况，所以在准备进展 其它动力分析之前首先要进展 模态分析，如图 标准齿轮 齿顶直径：24 齿底直径：20 齿数：10 厚度：8 中间厚度：3 弹性模量：2.06e11 密度：7.8e3kg/m3
构造模态分析ansys例题
2021-10-25 星期一
构造模态分析根本步骤
模态分析的求解主要分为四个步骤： 建模 加载及求解 扩展模态 观察结果 模型的建立： 建模过程和其他类型的分析类型类似，但应注意以下两点： 在模态分析中只有线性行为是有效的。如果指定了非线性单元，将作为现行的来
分析中用到的单元模型
在摸一个自由度上指定了一个非零的位移约束，程序将以零唯一约束取代。可 以施加除唯一约束以外的其它载荷，但在模态提取时将被忽略。 模态扩展： 模态扩展指将阵型写入结果文件，如果要在后处理器中查看振型，就必须进展扩 展。 观察结果： 模态分析的结果被写入结果文件Jobname.RST中，包括：固有频率、振型、相对应 力分布。
对待。 材料性质可以是线性的和非线性的、各向同性的或正交各向异性的、恒定或与温
度相关。在模态分析中必须定义弹性模量EX和密度DENS〔或某种形式的质量〕。 加载并求解：
构造模态分析根本步骤
加载并求解： 首先定义分析类型、定义载荷和边界的模态分析(预应力效用除外)中，唯一有效的‘载荷’是零唯一约束，如果
齿轮模型几何信息
齿轮构造的工作状态时变化的， 即动态的，由于构造的振动特 性决定构造对于各种动力载荷 的响应情况，所以在准备进展 其它动力分析之前首先要进展 模态分析，如图 标准齿轮 齿顶直径：24 齿底直径：20 齿数：10 厚度：8 中间厚度：3 弹性模量：2.06e11 密度：7.8e3kg/m3
第八讲 模态分析ppt课件
相当小）， 被加倍。
由于 ， 迭2 代可能跳过一个根或多个根，但是由于利
用了Strum序列的特性，通过对三角分解的负对角元的个数的 检查可以发觉。
当 K1 或1
K1 K / 时K，1 迭1代0停5 止。
返回
三、 逆迭代（反幂法）求最小特征对
我们知道对标准的特征方程
。
~xs(K1满) 足与
代替 ~xs(K1作) 为迭代向正xs(交K1)的条件， 1，2，，s
~xs(K1
)
将
s1
返回
第五节 子空间迭代法
子空间迭代法是求解大型特征值问题低阶部分特 征对的有效方法。它实质上是李兹法（Rayleigh-Ritz） 和同时逆迭代法联合应用的结果。
1）取q个初始迭代向量，q>NF。（NF-为所求低 阶特征对）
用振型叠加法计算结构在强迫力和强迫位移（包括 基础运动）下瞬态响应。
返回
3. 响应谱分析与随机振动分析
根据给定的反应谱曲线，采用振型叠加法对基础的随机 的强迫位移进行结构的最大位移和最大应力分析，可用 于求解冲击载荷条件下的结构响应。
4. 用逐步积分法求历程响应
不用求解特征方程的特征值和特征向量，而用Wi1son 法直接对动力方程进行数值积分，求解结构在强迫力和 强迫位移下的瞬态响应。
[
M
]u
r
C
u
r
K
ur
M
u
g
式中，u—r 是结构相对于基础的位移向量；
u
— 是结构的牵连加速度向量。
g
返回
第三节 特征方程的求解
模态分析PPT课件
第13页/共29页
3、特征值和振型
特征值的平凡根等于结构的固有频率 （rad/s）
ANSYS Workbench输入和输出的固有频率的 单位为Hz，因为输入和输出时候已经除以了 2π。
模态计算中的特征向量表征了结构的模态振型， 如图所示该形状即为假设结构按照频率249Hz 振动时的形状。
第14页/共29页
第19页/共29页
5、模态的提取方法
（2）Iterative-PCG Lanczos -能够处理对称矩阵，但是不用于求解屈曲模态； -适合求解中等到大规模的模态计算问题，提取的模态阶数高于100阶； -适合于网格划分形状较好的三维实体单元； （3）Unsymmetric -能够处理非对称矩阵； -模态计算中使用完整的刚度和质量矩阵； -适合求解K和M为非对称矩阵的问题，如流-固耦合的振动，声学振动； -计算以复数表示的特征值和特征向量： --实数部分就是自然频率； --虚数部分表示稳定性，负值表示稳定，正值表示不确定。
有阻尼模态分析中假设结构没有外力作用，则控制方程变为
M u Cu Ku 0 （1）
设其解为
代入方程（1）得到
{x} {}et
（2）
(2[m] [c] [k]){} [D()]{} {0} （3）
矩阵 [D()]称为系统的特征矩阵。方程（3）是一个“二次特征值”问题，
要（3）式有非零解的充要条件为 [D()] 2[m] [c] [k] 0
第1页/共29页
1、模态分析简介
模态计算的假设和限制条件 -结构是线性的，即具有恒定的总体质量矩阵和总体刚度矩阵 -结构没有外载荷（力，温度，压力等），即结构是自由振
注意：因为模态计算能够反映出结构的基本动力学特性，因此建议用户在进行其 他类型的动力学计算之前，首先进行结构的模态分析。
3、特征值和振型
特征值的平凡根等于结构的固有频率 （rad/s）
ANSYS Workbench输入和输出的固有频率的 单位为Hz，因为输入和输出时候已经除以了 2π。
模态计算中的特征向量表征了结构的模态振型， 如图所示该形状即为假设结构按照频率249Hz 振动时的形状。
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第19页/共29页
5、模态的提取方法
（2）Iterative-PCG Lanczos -能够处理对称矩阵，但是不用于求解屈曲模态； -适合求解中等到大规模的模态计算问题，提取的模态阶数高于100阶； -适合于网格划分形状较好的三维实体单元； （3）Unsymmetric -能够处理非对称矩阵； -模态计算中使用完整的刚度和质量矩阵； -适合求解K和M为非对称矩阵的问题，如流-固耦合的振动，声学振动； -计算以复数表示的特征值和特征向量： --实数部分就是自然频率； --虚数部分表示稳定性，负值表示稳定，正值表示不确定。
有阻尼模态分析中假设结构没有外力作用，则控制方程变为
M u Cu Ku 0 （1）
设其解为
代入方程（1）得到
{x} {}et
（2）
(2[m] [c] [k]){} [D()]{} {0} （3）
矩阵 [D()]称为系统的特征矩阵。方程（3）是一个“二次特征值”问题，
要（3）式有非零解的充要条件为 [D()] 2[m] [c] [k] 0
第1页/共29页
1、模态分析简介
模态计算的假设和限制条件 -结构是线性的，即具有恒定的总体质量矩阵和总体刚度矩阵 -结构没有外载荷（力，温度，压力等），即结构是自由振
注意：因为模态计算能够反映出结构的基本动力学特性，因此建议用户在进行其 他类型的动力学计算之前，首先进行结构的模态分析。
试验模态分析(课堂PPT)
试验测试方法
支撑方式：自由支撑 激振方式：冲击力锤（软头） 测量方法：在箱体上布置 127个测点，在箱体的后上部、 右侧板中心这两个测点安置加 速度传感器，试验过程中，移 动带有力传感器的力锤，敲击 其余125 个测点，为了提高信 噪比，每个测点敲击4次，测得 的4次响应数据进行线性平均。
Page:22/24
时域法
建模
参数 辨识
时域信号
数学模型
单自由度模态系统
模态参数
Page:17/24
模态测试应用实例 ——某型洗衣机箱体模态测试
滚筒模洗衣态机分在析工作过时程，箱体会因
受到来自筒部撞击及电机的振动 载荷激励而振动。 对洗衣机箱体进行模态分析，识 别箱体的动态性能，对机箱结构 的改进、减振降噪以及洗衣机整 机多体动力学分析与仿真都具有 重要意义。
加速度传 感器
激 振 器
力传感器
信号放大器Biblioteka 数据采 集仪计算机
功率放大器 信号发生器
Page:7/24
试验模态测试的步骤
Page:8/24
试验准备 结构激振 信号采集 参数识别 支撑方式
Page:9/24
试验准备 结构激振 信号采集 参数识别
信号
脉冲信号 纯随机信号
正弦扫描
Page:10/24
特点
Page:20/24
洗衣机箱体的试验模态分析
试验测试系统
采用比利时LMS 公司的LMS b 测试系统，实现对箱体的 试验模态试验和分析，测试系统主要由模态加速度传感器、冲击力 锤、LMSSCADAS采集前端、LMS b分析软件组成
Page:21/24
洗衣机箱体的试验模态分析
附加质量 锤柄
力传 感器
支撑方式：自由支撑 激振方式：冲击力锤（软头） 测量方法：在箱体上布置 127个测点，在箱体的后上部、 右侧板中心这两个测点安置加 速度传感器，试验过程中，移 动带有力传感器的力锤，敲击 其余125 个测点，为了提高信 噪比，每个测点敲击4次，测得 的4次响应数据进行线性平均。
Page:22/24
时域法
建模
参数 辨识
时域信号
数学模型
单自由度模态系统
模态参数
Page:17/24
模态测试应用实例 ——某型洗衣机箱体模态测试
滚筒模洗衣态机分在析工作过时程，箱体会因
受到来自筒部撞击及电机的振动 载荷激励而振动。 对洗衣机箱体进行模态分析，识 别箱体的动态性能，对机箱结构 的改进、减振降噪以及洗衣机整 机多体动力学分析与仿真都具有 重要意义。
加速度传 感器
激 振 器
力传感器
信号放大器Biblioteka 数据采 集仪计算机
功率放大器 信号发生器
Page:7/24
试验模态测试的步骤
Page:8/24
试验准备 结构激振 信号采集 参数识别 支撑方式
Page:9/24
试验准备 结构激振 信号采集 参数识别
信号
脉冲信号 纯随机信号
正弦扫描
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特点
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洗衣机箱体的试验模态分析
试验测试系统
采用比利时LMS 公司的LMS b 测试系统，实现对箱体的 试验模态试验和分析，测试系统主要由模态加速度传感器、冲击力 锤、LMSSCADAS采集前端、LMS b分析软件组成
Page:21/24
洗衣机箱体的试验模态分析
附加质量 锤柄
力传 感器
第八章 模态分析PPT课件
最新课件
23
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24
建议： 由于结构的振动特性决定结构对于各种动力载荷的响应
情况，所以在准备进行其它动力分析之前首先要进行模态分析。
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3
计算模态分析
通用运动方程：
• 假定为自由振动并忽略阻尼：
• 假定为谐运动：
这个方程的根是ωi平方， 即特征值， i 的范围从1到自由度的 数目， 相应的向量是{u}I， 即特征向量。
遗漏高端频率.
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14
• 在模态分析中一般忽略阻尼，但如果阻尼的效果比较明显， 就要使用阻尼法：
– 主要用于回转体动力学中，这时陀螺阻尼应是主要的； – 在ANSYS的BEAM4和PIPE16单元中，可以通过定义实常数 中的SPIN（旋转速度，弧度/秒）选项来说明陀螺效应； – 计算以复数表示的特征值和特征向量。 • 虚数部分就是自然频率； • 实数部分表示稳定性，负值表示稳定，正值表示不确定。
注意• 模态分析假定结构是线性的(如, [M]和[K]保持为常数)
• 简谐运动方程u = u0cos(ωt), 其中ω 为自振圆周频率(弧 度/秒）
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5
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7
• 特征值的平方根是ωi ， 它是结构的自然圆周频率（弧度/ 秒），并可得出自然频率fi = ωi /2π • 特征向量{u}i 表示振型， 即假定结构以频率fi振动时的形 状 • 模态提取是用来描述特征值和特征向量计算的术语
一定不会理想。
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（4）振形动画
参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频 率、模态阻尼以及相应各阶模态的振形。 由于结构复杂，由许多自由度组成的振形也相当复杂，必须 采用动画的方法，将放大了的振形叠加到原始的几何形状上。
《CAE模态分析》课件
我们需要建立一个合适的模型，准备进行模态分析的工作。
2
网格划分
然后，我们将模型进行网格划分，以便更好地进行数值计算。
3
加载和边界条件
接下来，我们需要为模型设置加载和边界条件，以模拟真实情况下的振动行为。
4
求解线性方程组
然后，我们使用数值方法求解模态分析中的线性方程组，得出物体的固有频率和振动 模态。
5
结果后处理
最后，我们对模态分析的结果进行后处理，以便更好地理解和应用分析结果。
常见的CAE模态分析软件
ANSYS
ANSYS是一款广泛应用于工程领域的CAE模拟软件，在模态分析方面具有强大的功能和广 泛的应用。
Abaqus
Abaqus是一款领先的有限元分析软件，也被用于进行模态分析和振动分析。
MSC.Patran & Nastran
参考资料
1 相关论文
2 专业书籍
3 网络资源
《CAE模态分析》PPT课 件
CAE模态分析 PPT课件
介绍
CAE模态分析是使用计算机辅助工程（CAE）方法来研究物体的振动行为和 固有特性的一种分析技术。本节将介绍CAE模态分析的定义、应用场景以及 它所具有的意义和优势。
前置知识
在学习CAE模态分析之前，我们需要了解一些动力学的基础知识，以及模态分析的基本原理和常用的计 算方法。
MSC.Patran和Nastran是常见的结构分析软件，也可用于进行模态分析和振动分析。
案例分析
结构优化设计
使用CAE模态分析可以帮助进行结构优化设计，提高结构的性能和可靠性。
机械设备故障检测
CAE模态分析可以用于检测机械设备的故障，预测设备的寿命和可靠性。
总结
2
网格划分
然后，我们将模型进行网格划分，以便更好地进行数值计算。
3
加载和边界条件
接下来，我们需要为模型设置加载和边界条件，以模拟真实情况下的振动行为。
4
求解线性方程组
然后，我们使用数值方法求解模态分析中的线性方程组，得出物体的固有频率和振动 模态。
5
结果后处理
最后，我们对模态分析的结果进行后处理，以便更好地理解和应用分析结果。
常见的CAE模态分析软件
ANSYS
ANSYS是一款广泛应用于工程领域的CAE模拟软件，在模态分析方面具有强大的功能和广 泛的应用。
Abaqus
Abaqus是一款领先的有限元分析软件，也被用于进行模态分析和振动分析。
MSC.Patran & Nastran
参考资料
1 相关论文
2 专业书籍
3 网络资源
《CAE模态分析》PPT课 件
CAE模态分析 PPT课件
介绍
CAE模态分析是使用计算机辅助工程（CAE）方法来研究物体的振动行为和 固有特性的一种分析技术。本节将介绍CAE模态分析的定义、应用场景以及 它所具有的意义和优势。
前置知识
在学习CAE模态分析之前，我们需要了解一些动力学的基础知识，以及模态分析的基本原理和常用的计 算方法。
MSC.Patran和Nastran是常见的结构分析软件，也可用于进行模态分析和振动分析。
案例分析
结构优化设计
使用CAE模态分析可以帮助进行结构优化设计，提高结构的性能和可靠性。
机械设备故障检测
CAE模态分析可以用于检测机械设备的故障，预测设备的寿命和可靠性。
总结
机械结构模态分析综合实验答ppt课件
实验结果与分析
——（压电式传感器）
.·机械结构模态分析综合实验·机械结构模态分析综合实验
机械振动系统固有频率测量结果
质量归一结果
模态参数
第一阶
第二阶
第三阶
第四阶
频率（Hz）
43.289
164.768
371.268
630.970
模态质量
1.0
1.0
1.0
1.0
模态刚度
73981
1071800
5441700
8.019
19.96
模态刚度
31300
1166000
26620000
243000000
阻尼/阻尼比（%） 0.2642/0.181 9.494/1.342 13.19/0.724 7.388/0.210
.·机械结构模态分析综合实验·机械结构模态分析综合实验
·
拟 合 图 像
振 型 归 一
.·机械结构模态分析综合实验·机械结构模态分析综合实验
10.03/ 1.278
730300
1.325/ 0.155
916600
5.391/ 0.563
155800 0
5.998/ 0.481
348700 0
98.42/ 0.053
511300 0
6.996/ 0.309
.·机械结构模态分析综合实验·机械结构模态分析综合实验
拟合图像·质量归一
.·机械结构模态分析综合实验·机械结构模态分析综合实验
机机械械工结程测构试固技有术模态分析综合实验
西安交通大学 机械36班 实验小组成员 ：申湾舟 2130101125
张静雯 2130101126 姚天鸷 2130101144 钟鸣亮 2130101148 朱锦涛 2130505144
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结束语
谢谢大家聆听！！！
13
模态分析整理ppt
模态分析
• 模态分析用于确定结构的振动特性―固有频率和振型。 • 它是所有动力分析的基础，并且也是其它更进一步动力
分析的起点。
• 在这一章，我们将通过下列主题来描述怎样进行一个基 本的模态分析：
A．步骤 B． 例题 • 对于细节，参考结构分析ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ南或动力学培训手册
模态分析
…步骤
查看结果 POST1（通用后处理）用于查看模态分析结果。 典型地,第一步是列出固有频率： －General Postproc > Results Summary －注意每一模态被存在独立的子步中。
模态分析
…步骤
• 画模态形状： – 首先读取想要查看的子步结果 General Postproc>Read Results>… – 然后绘变形形状 General Postproc >Plot Results > Deformed Shape
模态分析
…步骤
– 你可以动画显示模态：
Utility Menu>PlotCtrls>Animate>Mode Shape
– 另一方法是画出应力，应变的等云图显示。但是，要注 意位移和应力值只是相对数值并无实际意义。
模态分析
B. 例题
• 例题 • 1.弹簧-质量单自由度系统的自振频率和振型 • 2.楼板-柱多自由度系统的自振频率和振型