ANSYS模态叠加
ansys动力学分析全套讲解
第一章模态分析§1.1模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。
阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。
后面将详细介绍模态提取方法。
§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。
同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。
后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。
而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。
（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。
<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。
§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。
谐响应中阻尼的设置及其工程应用
【拉布索思】谐响应中阻尼的设置及其工程应用讨论背景这里主要讨论的是ANSYS（Workbench）中模态叠加法（包括瞬态中用模态叠加）的阻尼比（包括α、β阻尼）设置问题，不考虑材料的阻尼比。
各阻尼比的解释这里会把阻尼都写成阻尼比的形式，因为阻尼比最直观，也可以在实验中得到。
那么，总阻尼比为：其中，是常值阻尼比，是作用于所有阶的模态，而且值是恒定的，在Constant Damping Ratio 设置；是第i阶模态的阻尼比，用来设定某些阶的阻尼比，要通过命令MDAMP设置（命令解释请看help，命令使用实例请看下面例子）；，这是β阻尼相应的阻尼比，也是作用于所有阶的模态，但值随频率增大而线性增大。
HELP中说，在很多实际结构问题中，α会被忽略，所以上式中就没有α只有β，我是这么猜的，因为通常实际问题的频率都在几十到几千赫兹不等，那么就比较小，可以忽略。
反正，在Workbench界面中是没有α的设置项的，默认α=0，要设的话就要加命令，这里也不讨论α了。
那么β值就决定了这个阻尼比，而因为β值是恒定的，所以这个阻尼比会随频率增大而线性增大，就能起到抑制高频的作用。
AWB中有两种输入β阻尼的方法，一是直接输入β值（Direct Input），二是输入某个频率下的阻尼比（Dampingvs Frequency），系统就会根据来计算出β值，界面中的Beta Damping Measure就是。
通过两种输入方法设置了β值后，系统就会自动求出各阶的β阻尼比，个人喜欢用第二种方法，因为设置阻尼比更直观，结合使用另外两个阻尼比时会更方便；注意，三个阻尼比的效果是叠加的。
为什么要设置阻尼？首先，加阻尼对共振频率的影响很小，比如是固有频率乘以，所以阻尼对共振频率的影响可以忽略。
那我认为，阻尼的主要作用是压低共振处的幅值，使频响曲线变得更平缓。
而实际结构中一定有阻尼，所以分析中适当设置一定的阻尼会比较接近实际。
如果阻尼都取为0（默认值）的话，频呼曲线的峰值会相当大，理论上是无穷大的。
damp
如前所述，在做 Full积分法的瞬态分析时，用阻尼比定义的阻尼都被 ANSYS 程序忽略掉了，所以同一个模型采用 full 法和模态叠加法的瞬态分析，ANSYS 计算采用的阻尼可能不一样，造成结果也有差别。
以下是结构分析中 ANSYS 常用的几种阻尼输入的命令流演示。
1）用 MP,damp 来输入粘滞阻尼DAMPRATO = 0.025 ! 已知粘滞阻尼的阻尼比LOSSMODM = 2*DAMPRATO ! 粘滞阻尼的阻尼比乘以2 是等价的材料阻尼系数(日本规范的“减衰系数”)CRITFREQ = 2.6 ! 此为粘性阻尼等效为材料阻尼时的换算频率MP_BETAD = DAMPRATO/(acos(-1)*CRITFREQ) ! 粘滞阻尼与频率有关/prep7mp,damp,1,MP_BETAD !定义viscous damping，与频率有关/soluantype,modalmodopt,lanb,1! 要使模态计算考虑阻尼的影响，必须用材料阻尼，材料阻尼必须在求解前指定! mxpand,,,,yes, 选项！阻尼比输入只在对求出的振型求反应再叠加中有用,! ansys 不会把阻尼比还原计算为阻尼阵 [C] 的mxpand,1,,,yes,,,Solve2）用 MP,Damp 输入材料阻尼DAMPRATO=0.025LOSSMODM=2*DAMPRATO ! 材料阻尼系数，书上给的一般是LOSSMODM/prep7mp,damp,1,DAMPRATO !常数，如果已知的是材料阻尼系数LOSSMODM，就要除以2 /soluantype,modal ! 使用模态叠加法modopt,lanb,1! importantmxpand,1,,,yes,,,,Solve3）用 BETAD 输入粘滞阻尼（振型叠加法）! MSUP method with BETAD! BETAD is damping_ratio/pi*f, even for MSUPDAMPRATO=0.025 ! 阻尼比LOSSMODM=2*DAMPRATO !等效的材料阻尼系数/prep7! mp,damp,1,DAMPRATOBETAD,DAMPRATO/(acos(-1)*442) ! 注意此公式！ 442 是你给定的频率值/soluantype,modal !模态分析modopt,lanb,1! importantmxpand,1,,,yeslumpm,on,,,,solve/soluantype,harmic !谐分析hropt, msuphrout, on, offharfrq, FREQBEGN, FREQENDG,,,solve4）使用 DMPRAT 定义的整体结构的常数阻尼比（模态叠加法）! MSUP method with DMPRAT! shows that DMPRAT is damping ratioDAMPRATO=0.025 ！全结构阻尼比是0.025LOSSMODM=2*DAMPRATO/prep7!mp,damp,1,DAMPRATO/soluantype,modal ! 先做无阻尼振型分解solve/soluantype,harmichropt,msuphrout,on,offharfrq,FREQBEGN,FREQENDGnsubst,NUM_STEPkbc,1dmprat,DAMPRATO ! 在这里定义此阻尼比，常数,,,,,,solve5）用 MP，DAMP 定义粘性阻尼做 FULL 瞬态分析! 粘性阻尼随频率增加而增加，高频衰减快! Full method with MP,DAMP! shows that MP,DAMP with FULL is damping_ratio/pi*f! As freq increases, damping is hugeDAMPRATO=0.025LOSSMODM=2*DAMPRATOCRITFREQ=480MP_BETAD=DAMPRATO/(acos(-1)*CRITFREQ) ! 注意此公式/prep7mp,damp,1,MP_BETAD6）用 DMPRAT 定义全结构常数阻尼比! Full method with DMPRATDAMPRATO=0.025LOSSMODM=2*DAMPRATOCRITFREQ=480MP_BETAD=DAMPRATO/(acos(-1)*CRITFREQ)/prep7et,1,1! mp,damp,1,MP_BETAD ! 如果用材料阻尼形式输入，就这样输入dmprat,DAMPRATO ！常数阻尼比/soluantype,modal !带阻尼的振型分解modopt,lanb,3! importantmxpand,3,,,yeslumpm,on,,,solve/soluantype,harmichropt,full ! full harmonic analysis6．单元阻尼许多单元具有单元阻尼，单元阻尼都是在相关单元数据中输入。
ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第7章-谐响应分析
第7章 谐响应分析
谐响应分析主要用来确定线性结构在承受持续的周期载荷时的周期性响应（谐响应）谐响应分析能够预测结构的持续动力学特性，从而验证其设计能否成功地克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害效果。
通过本章的学习，即可掌握在★ 了解谐响应分析。
7.1 谐响应分析概述
谐响应分析（Harmonic Response Analysis ）是用于确定线性结构在承受一个或多个随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对应频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步考察频率对应的应力。
谐响应分析技术只计算结构的稳态受迫振动。
发生在激励开始时的瞬态振动不在谐响应分析中考虑。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使被定义了也将被忽略，但在分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析流体——结构相互作用问题。
谐响应分析同样也可以分析有预应力的结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。
对于谐响应分析，其运动方程为：
[][][](){}{}(){}{}()21212
M i C K i F i F ωωφφ−+++=+ 这里假设刚度矩阵[]K 、质量矩阵[]M 是定值，要求材料是线性的、使用小位移理论（不包括非线性）、阻尼为[]C 、简谐载荷为[]F 。
谐响应分析的输入条件包括：
已知幅值和频率的简谐载荷（力、压力和强迫位移）。
简谐载荷可以是具有相同频率的多种载荷，力和位移可以相同或者不相同，但是压力分布
载荷和体载荷只能指定零相位角。
ANSYS 中的阻尼
图 5.1 用 ALPHD 与 BETAD 来拟合常数阻尼比
选定 ω1 与 ω 2 ，就可以用公式（1）计算出做输入用的 ALPHD 与 BETAD 值来。
4．材料阻尼（MP，DAMP，
∑ g [K
j =1 j
m
∑ξ E
j
M
] 在 full method 中，
j =1 M
j
j
∑E
j =1
在 mode superposition 中）
{φi }
T
Cζ {φi } = 4π fiξ mi
（5.1.4）
Cζ 为与输入的模态阻尼比 ξ mi 对应的阻尼矩阵 其中 {φi } 是第 i 个振型向量， fi 是对应的模态频率。
常阻尼比 ξ ，没有哪个程序会用公式（3）去反求出阻尼阵来。（也许某些程序里可以反求出阻尼阵 来，但至少 ANSYS 没有这么做）。所以在做 Full（完全）积分法的瞬态分析时，用阻尼比定义的阻 尼都被程序忽略掉了，那么许多时候我们需要用一个全结构的常阻尼比 ξ 去做 full 法的瞬态分析计算 时间，（如一些规范上规定某些结构可以用 0.005~0.05 的阻尼比做分析），该怎么办呢？这时候一个 简单的办法是用 α 阻尼与 β 阻尼来逼近一个常数阻尼比 ξ 。 值得注意的是上述公式只有理论意义，在振型叠加中是直接使用定义的振型阻尼比 ξ mi 与全结构
/solu antype,modal modopt,lanb,1 ! 要使模态计算考虑阻尼的影响，必须用材料阻尼，材料阻尼必须在求解前指定 ! mxpand,,,,yes,选项！阻尼比输入只在对求出的振型求反应再叠加中有用, ! ansys 不会把阻尼比还原计算为阻尼阵[C]的 mxpand,1,,,yes ,,, solve,
使用ANSYS碰到得问题
1、Real constant 1 referenced by at least element types 1 and 2.原因：单元1和2共用了实常数1。
2、STURM number= 15 should be 0 Probably initial shift greater than first mode or Final Mode(s) is in a cluster.原因：所建模型刚度太小，你可以看一下你所求的频率几乎全部接近于0。
应该修改模型。
3、The calculated reference FORCE CONVERGENCE VALUE = 1.507996765E-04 is less than 1E-2 a threshold zero, A value of 1E-2 or specified MINREF is used. Check results carefully.原因：收敛准则没有定义。
4、The program chosen initial timestep/load-factor is arbitrary. It is necessary for the user to supply a suitable initi timestep/load-factor through the NSUB or DELTIM command for convergence and overall efficiency.原因：没有定义荷载子步。
子空间（Subspace）模态提取法的输出如果采用子空间模态提取法，那么在输出内容中可能会看到这样的警告：“STURM number=n should be m”，n和m是整数，表示某阶模态被漏掉了，或者第m阶和第n阶模态的频率相同而要求输出的只有第m阶模态。
你可以用下面的两个方法来检查被漏掉的模态：使用更多的迭代向量和改变特征值提取法的漂移点数值。
ANSYS基本模块介绍
ANSYS简介开放、灵活的仿真软件，为产品设计的每一阶段提供解决方案通用仿真电磁分析流体力学行业化分析模型建造设计分析多目标优化客户化结构分析解决方案结构非线性强大分析模块Mechanical显式瞬态动力分析工具LS-DYNA新一代动力学分析系统AI NASTRAN电磁场分析解决方案流体动力学分析行业化分析工具设计人员快捷分析工具仿真模型建造系统多目标快速优化工具CAE客户化及协同分析环境开发平台ANSYS StructureANSYS Structure 是ANSYS产品家族中的结构分析模块，她秉承了ANSYS 家族产品的整体优势，更专注于结构分析技术的深入开发。
除了提供常规结构分析功能外，强劲稳健的非线性、独具特色的梁单元、高效可靠的并行求解、充满现代气息的前后处理是她的四大特色。
ANSYS Structure产品功能非线性分析·几何非线性·材料非线性·接触非线性·单元非线性动力学分析·模态分析- 自然模态- 预应力模态- 阻尼复模态- 循环模态·瞬态分析- 非线性全瞬态- 线性模态叠加法·响应谱分析- 单点谱- 模态- 谐相应- 单点谱- 多点谱·谐响应分析·随机振动叠层复合材料·非线性叠层壳单元·高阶叠层实体单元·特征- 初应力- 层间剪应力- 温度相关的材料属性- 应力梯度跟踪- 中面偏置·图形化- 图形化定义材料截面- 3D方式察看板壳结果- 逐层查看纤维排布- 逐层查看分析结果·Tsai-Wu失效准则求解器·迭代求解器- 预条件共轭梯度(PCG)- 雅可比共轭梯度(JCG)- 非完全共轭梯度(ICCG)自然模态·直接求解器- 稀疏矩阵- 波前求解器·特征值- 分块Lanczos法- 子空间法- 凝聚法- QR阻尼法(阻尼特征值)并行求解器·分布式并行求解器-DDS-自动将大型问题拆分为多个子域，分发给分布式结构并行机群不同的CPU（或节点）求解- 支持不限CPU数量的共享式并行机或机群- 求解效率与CPU个数呈线性提高·代数多重网格求解器-AMG- 支持多达8个CPU的共享式并行机- CPU每增加一倍，求解速度提高80％- 对病态矩阵的处理性能优越, ,屈曲分析·线性屈曲分析·非线性屈曲分析·热循环对称屈曲分析断裂力学分析·应力强度因子计算·J积分计算·裂纹尖端能量释放率计算大题化小·P单元技术·子结构分析技术·子模型分析技术设计优化·优化算法- 子空间迭代法- 一阶法·多种辅助工具- 随机搜索法- 等步长搜索法- 乘子计算法- 最优梯度法- 设计灵敏度分析·拓扑优化二次开发特征·ANSYS参数化设计语言(APDL) ·用户可编程特性（UPF）·用户界面设计语言(UIDL)·专用界面开发工具（TCL/TK）·外部命令概率设计系统(PDS)·十种概率输入参数·参数的相关性·两种概率计算方法- 蒙特卡罗法*直接抽样* Latin Hypercube抽样- 响应面法*中心合成*Box-Behnken设计·支持分布式并行计算·可视化概率设计结果- 输出响应参数的离散程度*Statistics* LHistogram* Sample Diagram- 输出参数的失效概率* Cumulative Function* Probabilities- 离散性灵敏度*Sensitivities* Scatter Diagram* Response Surface前后处理(AWE)·双向参数互动的CAD接口·智能网格生成器·各种结果的数据处理·各种结果的图形及动画显示·全自动生成计算报告支持的硬软件平台·Compaq Tru64 UNIX ·Hewlett-Packard HP-UX ·IBM RS/6000 AIX ·Silicon Graphics IRIX ·Sun Solaris·Windows: 2000,NT,XP ·LinuxANSYS MultiphysicsTM MultiphysicsANSYS MultiphysicsTM集结构、热、计算流体动力学、高/低频电磁仿真于一体，在统一的环境下实现多物理场及多物理场耦合的仿真分析；精确、可靠的仿真功能可用于航空航天、汽车、电子电气、国防军工、铁路、造船、石油化工、能源电力、核工业、土木工程、冶金与成形、生物医学等各个领域，功能强大的各类求解器可求解从冷却系统到发电系统、从生物力学到MEMS等各类工程结构。
ansys瞬态
一、什么是瞬态动力分析?•它是确定随时间变化载荷（例如爆炸）作用下结构响应的技术；•输入数据：–作为时间函数的载荷•输出数据：–随时间变化的位移和其它的导出量，如：应力和应变。
瞬态动力分析可以应用在以下设计中：•承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门和缓冲器、建筑框架以及悬挂系统等；•承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移动装置以及其它机器部件；•承受撞击和颠簸的家庭和办公设备，如：移动电话、笔记本电脑和真空吸尘器等。
运动方程的两种求解法：•模态叠加法•直接积分法：–运动方程可以直接对时间按步积分。
在每个时间点，需求解一组联立的静态平衡方程（F=ma）；–ANSYS 采用Newmark 法这种隐式时间积分法；–ANSYS/LS-DYNA 则采用显式时间积分法；求解时即可用完整结构矩阵，也可用缩减结构矩阵；•完整矩阵：–不进行缩减。
采用完整的[K]，[C]，和[M]矩阵；•缩减矩阵：–用于快速求解；–根据主自由度写出[K]，[C]，[M]等矩阵，主自由度是完全自由度的子集；–缩减的[K] 是精确的，但缩减的[C] 和[M] 是近似的。
此外，还有其它的一些缺陷，但不在此讨论。
→缩减法•积分时间步长（亦称为ITS 或Dt ）是时间积分法中的一个重要概念–ITS = 从一个时间点到另一个时间点的时间增量Dt ；–积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔细选取。
–ITS 应足够小以获取下列数据：–响应频率–载荷突变–接触频率（如果存在的话）–波传播效应（若存在）二、典型方法和步骤：•建模•选择分析类型和选项•规定边界条件和初始条件•施加时间-历程载荷并求解•察看结果2.1模型•允许所有各种非线性•记住要输入密度！•/PREP7•ET,...•MP,EX,...•MP,DENS,…（注意：是否已经选择了结构分析）阻尼•α和b阻尼均可用；•在大多数情况下，忽略α阻尼（粘性阻尼），仅规定b阻尼（由滞后造成的阻尼）：b = 2ξ/w式中x 为阻尼比，w 为主要响应频率（rad/sec）。
ansys操作步骤意义大全
ANSYS 提供的前处理器主要进行单元选用、材料定义、创建CAD模型和划分单元网格，最终得到一个完整正确的有限元单元网格模型；求解器用于选择分析类型、设置求解选项施加载荷并设置载荷步选项，最后执行求解得到求解结果文件；后处理器包括通用结果后处理器POST1和时间里程后处理器POST26两种用于分析处理求解所得结果文件中的结果数据，其中通用结果后处理器POST1用于处理对应时间点的总体模型结果，时间历程后处理器POST26则是用于处理某时间或频率范围内某位置点上结果项变化过程。
●删除局部坐标系GUI：Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Delete Local CS每次定义完一个局部坐标系后，它自动被激活成当前坐标系。
激活坐标系的方法：Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Specified Coord Sys 坐标系的对齐定位变换该变换是分三种情况：第一种：利用已定义的三个关键点、节点或指定位置点确定XOY 平面，并依次定义坐标原点、X轴及其方向和Y轴方向，Z轴通过右手法则自动确定，对应下列的前 3 个菜单；第二种：将工作平面原点定位到指定直线上，并使工作平面垂直于该直线，对应下列的第4个菜单；第三种：使工作平面与指定坐标系完全重合，对应下列最后3个菜单。
Utility Menu>WorkPlane>Align WP with>KeypointsUtility Menu>WorkPlane>Align WP with>NodesUtility Menu>WorkPlane>Align WP with>XYZ LocationsUtility Menu>WorkPlane>Align WP with>Plane Normal to LineUtility Menu>WorkPlane>Align WP with>Active Coord SysUtility Menu>WorkPlane>Align WP with>Global CartesianUtility Menu>WorkPlane>Align WP with>Specified Coord Sys●定义单位/ units，label （label为用户可以定义的单位，包含SI < 国际制单位>、BFI<以英尺为基础的单位>以及USER<用户自定义单位，ansys默认设置>★定义单元类型在建模之前必须定义单元类型，单元类型决定了单元的自由度数和单元位于二维还是三维空间。
关于ANSYS地震响应分析的一些讨论
地震响应分析1模态组合就是根据模态分析中的几阶振型（也可以少于这几阶，看你要求的精度）进行组合（类似于结构最不利组合），从而求出地震响应的最大值。
2组合各振型反应的最大值，求得结构地震响应的最大值。
这个问题在论坛上已经有很多人问过，也有各种各样的回答，但是至今没有令人满意的解答。
我自己试过很多种方法，加上论坛上其他人提到的方法，大致归类如下：1.先做静力恒载工况分析，打开预应力pstres开关；然后转到时程分析。
结果：恒载对后面的时程计算不起作用，时程计算依然从0开始。
2.直接在antype，trans中考虑恒载：先把timint，off加acel,,9.81,打开应力刚化，sstif，on，lswrite，1，然后timint，on开始时程计算。
结果：恒载9.81起作用了，但结果是错的，它被积分了。
3.不用什么前处理，直接把9.81加在地震波上acel，9.81+ac（i）。
结果，同2，9.81带入了积分，这个9.81相当于阶跃荷载，而不是产生恒载。
4.ansys帮助中施加初始加速度的方法（篇幅限制请自己看帮助）。
结果，同2、3，9.81还是带进时间积分。
5.这种是我受到别人的启发，通过结构受ramp荷载的特点施加的，可以近似的解决问题。
即1）求出结构的自振一阶频率w2）令tr＝1/w3) 定义ramp荷载为从0到tr加到9.81，然后在整个时间积分中保持不变4）antype,trans中分几个荷载步将荷载从0加到9.815) 在随后的荷载步中acel，，9.81+ac（i）这种做法虽然也是将9.81++加到地震波中，但是因为满足TR的要求，所以这个动力效应被削弱到了静力效应，它作用在结构上就像静载一样。
对于单自由度结构理论上跟静载是完全一样的，但是多自由度会子静力效应上下很小的范围内波动，所以可以认为相当于静载的作用，这样我们就可以达到考虑恒载的目的了。
第5种是我至今为止考虑恒载的做法，我也很想知道还有没有更简单精确的方法，或者在前4种方法中就有只是我使用不正确，希望大家能一起来讨论，彻底解决这个问题。