有预应力模态分析
有预应力情况的模态分析
有预应力模态分析用于计算有预应力结构的固有频率和模态，如旋转的涡轮叶片的模态分析。除了首先要通过进行静力分析把预应力加到结构上外，有预应力模态分析的过程和常规模态分析基本上一样：
1.建模并获取打开预应力效应［PSTRES,ON］的静力分析解。静力分析中的集中质量矩阵的设置［LUMPM］必须与随后的有预应力模态分析中的集中质量矩阵设置一致。“静力学分析”中描述了如何进行静力学分析。
2.重新进入求解器并获取模态分析解，注意打开预应力效应选项（再用一次命令PRSTES,ON）。另外，在静力学分析中生成的文件Jobname.EMA T和Jobname.ESA V必须都存在。
3.扩展模态并在后处理器中观察它们。
步骤1也可以是一个瞬态分析，但应当记住在需要的时间点保存.EMAT和.ESA V文件。
§1.11 大变形预应力模态分析
可以在大变形静力学分析后进行预应力模态分析，以便计算高度变形结构的固有频率和振型。除用PSOLVE命令而不是SOLVE命令执行模态分析求解，其他过程与有预应力模态分析过程一致，参见下面列出的简单命令流。另外，必须用UPCOORD命令修正坐标以得到正确的应力，使用EMATWRITE 命令指定写出File.EMAT 文件。
注意—该过程需要单元材料和上一次静力分析得到得单元载荷矢量（例如，压力、温度和加速度载荷）。如果( 利用命令LVSCALE ) 指定，这些载荷将传递给后续的模态叠加分析。!Initial,large deflection static analysis
!
/PREP7
...
FINISH
/SOLU
ANTYPE,STATIC!Static analysis
NLGEOM,ON!Large deflection analysis
PSTRES,ON!Flag to calculate the prestress matrix
EMATWRITE,YES!Write File.EMAT(input to PSOLVE step)
...
SOLVE
FINISH
!
!Prestressed modal analysis
!
/SOLU
ANTYPE,MODAL!Modal analysis
UPCOORD,1.0,ON!Add previous displ.to coordinates and then zero
!the displacements
PSTRES,ON!Prestress effects on
MODOPT,...!Select eigensolver
MXPAND,...!Specify number of modes to be expanded,if desired
PSOLVE,EIGxxxx!Calculates the eigenvalues and eigenvectors.
!Use EIGLANB,EIGFULL,EIGUNSYM,or EIGDAMP to
!match MODOPT command.
FINISH
/SOLU!Additional solution step for expansion.
EXPASS,ON
PSOLVE,EIGEXP!Expands the eigenvector solution.Required if you
!want to review mode shapes in the postprocessor.
FINISH
§1.12循环对称结构的模态分析
如果结构呈现出循环对称（例如，风轮或正齿轮）特点，则可以通过仅对它的一部分建模来计算结构整体的固有频率和振型。这一被称为“循环对称结构模态分析”的特征可以节省大量人力和计算时间。另一个好处是只需建部分模型便可以观察整个结构的振型。循环对称结构模态分析只在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中可用。
§1.12.1基本扇区
循环对称结构中用于建模的部分叫做基本扇区。正确的基本扇区应该满足这样的特点：即若在全局柱坐标空间（CSYS=1）中将其重复n次，则能生成整个模型（见图4）。
图4循环对称结构实例
§1.12.2节径
理解循环对称结构模态分析的过程，需要理解节径这个概念（这里的“节”是振动术语，而不是有限元中的节点的“节”）。“节径”这个术语源于简单的几何体，如圆盘，在某阶模态下振动时的表现。这时，大多数振型中将包含如图5所示的横穿整个圆盘表面的板外位移为零的线，通常称为节径。
图5节径的一些例子
对具有循环对称特征的复杂结构（如涡轮叶片组件），在振型中也许观察不到零位移线。因此ANSYS中关于节径的数学定义是广义的，未必和横穿结构的零位移线条数相符。
节径数是确定在以等于扇区角的周向角间隔开的点处的单一自由度（DOF）值的变化的整数。若节径数等于ND，此变化可用函数COS（ND*THETA）表示。
按上面的定义，对给定的节径数，只要满足在以扇区角隔开的点处的自由度（DOF）按COS （ND*THETA）变化，则沿周向可以存在可变数目的振动波。例如，节径=0且扇区角=60度的扇区将产生沿周向有0,6,12,…,6n个波形的模态。（在某些参考文献中，“模态”这个术语被用于替代上面定义的节径，而术语节径则代表实际可观察到的沿结构周向的波形数。）
§1.12.3标准（无应力）循环对称结构模态分析过程
标准（无应力）循环对称结构模态分析的过程如图6所示。有无预应力，循环模态分析都是可以使用的。
注意─ 循环对称结构模态分析的过程中使用了两个ANSYS 预定义的宏：CYCGEN 和CYCSOL 。这两个宏都可以处理实体结构或壳单元。
图6（无应力）循环对称结构模态分析流程
1.在总体柱坐标系（CSYS=1）中定义循环结构的一个基本扇区模型。
基本扇区的跨角θ应当满足nθ=360，n是整数。基本扇区只能由有限元单元组成，不能有超单元。允许存在内部的耦合及约束方程。如果有边界条件，可以施加到基本扇区上，并利用
CYCGEN,’LOAD’(第4步)，或者在后面（第5步）步骤施加上。
基本扇区的定义必须有如图7所示的相匹配的低（low）角度侧面和高（high）角度侧面。匹配是指在两侧面上应有相对应的节点，且对应节点相隔的几何角度为扇区角。侧面可以是任何形状，不必是柱坐标空间中的“平面”。
图7基本扇区的定义
2.选择在最低度角侧面上的节点并将它们定义为一个组件。对另一侧面上的节点也可定义为一个组件，也可以不定义。
命令：CM,LOW,NODE
CM,HIGH,NODE（可不定义）
GUI：Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component
3.选中所有图素。
命令：ALLSEL
GUI：Utility Menu>Select>Everything
4.运行宏CYCGEN。该宏创建第二个扇区，并且垒加在基本扇区上。这两个扇区的节点之间存在一个恒定的偏移量（由参数NTOT指定）。它们都将用于模态分析。宏CYCGEN会把基本扇区中的耦合及约束方程复制到新生成的扇区中去。
命令：CYCGEN
EPLOT
GUI：Main Menu>Preprocessor>Cyclic Sector
指定CYCGEN ,"LOAD"拷贝载荷和内部耦合与约束方程到第二扇区。如果执行CYCGEN (不带任何参数)，继续下面的第5步。如果执行CYCGEN ,"LOAD"，跳过第5步，从第6步继续。
5.继续在PREP7中定义所需要的边界条件。边界条件必须在两个扇区上都定义。建议按节点位置（By Location）而不要按节点号选择节点。如果没有预应力，就不必施加对称边界条件。
6.进入求解器，指定分析类型为模态分析并设置分析选项。只能采用子空间法或分块Lanczos 法进行循环对称结构的模态分析。（参见<
命令：ANTYPE
MODOPT
GUI：Main Menu>Solution>Analysis Type>Modal
Main Menu>Solution>Analysis Options>Block Lanczos
7.运行宏CYCSOL并定义节径范围和扇区角：
命令：CYCSOL,NDMIN,NDMAX,NSECTOR,LOW
GUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>Modal Cyclic Sym
该命令对每个节径数执行一次单独的特征值提取过程，其中：NDMIN和NDMAX是感兴趣的最低和最高节径数。合理的范围是：
?若扇区角NSECTOR为偶数，则可接受的节径数范围是0~NSECTOR/2；
?若扇区角NSECTOR为奇数，则可接受的节径数范围是。
宏CYCSOL执行分析过程（不须发SOLVE命令），并计算固有频率和振型（若要求计算了）。结果文件（Jobname.RST）将包含有多个载荷步（load steps），每个载荷步对应一个节径数值，第一个载荷步对应节径数NDMIN，第二个对应NDMIN+1，依次类推。最后一个载荷步对应节径数NDMAX。在每一个载荷步内，子步（substeps）对应属于当前节径数的模态。
例如NDMIN=0,NDMAX=1并且要求扩展2阶模态，则结果文件会有如下内容：
Load Step Substep 结果项
1 1 节径0的第1阶模态
1 2 节径0的第2阶模态
2 1 节径1的第1阶模态
2 2 节径1的第2阶模态
8.进入通用后处理器，扩展模型以供显示。必须指定希望扩展出的扇区数。
命令：EXPAND
GUI：Main Menu>General PostProcessor>Modal Cyclic Sym
注意－命令/EXPAND 也可用于得到整个模型的模态分析结果。参见<
§1.12.4有预应力循环对称结构模态分析
有预应力循环对称结构模态分析的分析过程如图8所示。
除了要求先做一次静力学分析来计算基本扇区的预应力外，有预应力模态循环和无应力情形的分析步骤基本上一样。因此第1～4步及第7、8步在两种情形中是一致的。第5和第6步的说明如下。
5.进入求解器，定义引起预应力的静载荷和边界条件。用PSTRES命令使分析包含预应力计算，然后求解［SOLVE］得到静力学解。
6.重新进入求解器，指定分析类型为模态分析，并设置分析选项。一定要用PSTRES命令使分析过程包含预应力效果。
注意- 在得到静力学解后必须删除对称性边界条件。
图8循环对称结构模态分析（预应力）分析过程
预应力大变形模态分析到 PSTRES 和 SSTIF 的辨异
一，前言： 在ANSYS中有两个命令可以将预应力效应激活并考虑在求解方程计算中，但是他们是有区别，最近在论坛上出现很多的帖子讨论预应力大变形模态分析，但是好象大家对以上两个命令出现一定程度的混淆，本文结合例子对以上两个命令及相关问题做以阐释。不妥之处，欢迎高手批评指正 二，例子简单介绍： 借用网友的例子进行说明，下面简单介绍以下我们分析的问题。 实际的问题是两根拉索，通过圆钢管联系在一起成以下平面形状，拉索中通过施加应变yingbian=3.51e-3考虑索中的预应力。本文将对以下结构进行静力求解和模态求解。 三，静力求解结果分析： 本文采用以下四种不同的求解方式进行求解，并对结果进行分析： SOLUTION 1 小变形求解，不激活以上两个命令，使用以下命令流： Nlgeom,off Sstif,off Pstres,off Solv SOLUTION 2-1 小变形求解，激活Pstres命令，使用以下命令流： Nlgeom,off Pstres,on solv SOLUTION 2-2 大变形求解，激活Pstres命令，使用以下命令流： Nlgeom,on Pstres,on solv SOLUTION 2-2 大变形求解，激活SSTIF,on命令，使用以下命令流： Nlgeom,on Sstif,on solv 经过求解分别得到以下计算结果:以UX变形为例 结论：通过以上结果可见，PSTRES，ON 是不适合用于大变形分析，因为该命令不会激活△U的附加刚度矩阵。 四，命令辨析： 为从根本上阐明以上问题，我们先从两个命令的说明上进行对比，区分其中的不同之处。4-1PSTRES 命令 PSTRES, Key Specifies whether *1pstress effects are calculated or included. 注1，Pstres主要为激活预应力效应，注意和SSTIF使用目的的区别 Notes Specifies whether or not prestress effects are to be calculated or included. Prestress effects are calculated in a static or transient analysis for inclusion in a buckling, modal, harmonic (Method = FULL or REDUC), transient (Method = REDUC), or substructure generation analysis. If used in SOLUTION, this command is valid only*2within the first load step.
非线性模态分析
摘要：接触分析和模态分析是结构分析的重要内容之一。利用ANSYS 的接触分析功能和APDL 语言的用户接口，将ANSYS 的模型数据输出到用户分析模块中完成非线性的接触模态分析，然后将计算结果读回，利用ANSYS 的后处理模块将计算结果显示出来，实现了ANSYS 平台上的接触模态分析，使ANSYS 能够更好地完成结构系统级的性能分析。 关键词：ANSYS，接触，模态 1 前言 机械系统的特点是由多个零件通过各种方式联接起来的一个系统。机械系统的性能分析除了零件的性能分析以外，零件之间的联接特性的分析也是一个重要方面。零件之间的联接性能分析，本质是一个接触问题的分析，是机械结构非线性分析的一种典型类型。 线性系统的模态分析技术是了解线性结构振动特性的一个重要手段，已经广泛应用在结构动力修改、优化设计、故障诊断、状态检测等诸多领域。近年来，以非线性动力学理论为基础的非线性模态分析逐渐成为非线性振动研究中的热点之一。其原因是机械工程中存在着大量的非线性问题，传统的线性模态分析技术无法得到准确的结果。解决机械系统中的非线性问题，首先要面对的就是如何处理结构间的非线性的接触问题。 非线性模态（NNMs）理论是线性模态理论的自然发展，最初是由美国加州大学伯克利分校的Rosenberg[1] 等人引入的，主要研究离散、无阻尼非线性系统的自由振动。1991年，Shaw 和Pierre[2] 引用动力系统理论中不变流形（invariant manifold）的概念来定义非线性模态，将非线性模态定义为系统相空间中二维不变流形上的运动。这一开创性的工作，将该领域的研究带入了一个新的发展阶段。Shaw 和Pierre 定义的非线性模态既可用于保守系统，也可用于非保守系统。在文献[3] 中他们指出，当系统存在内共振关系时，应将不变流形的维数提高到四维。1994 年，Nayfeh 针对内共振非线性系统提出了复不变流形方法[4]。陈予恕、吴志强[5,6]认为非线性模态为系统相空间中偶数维不变流形上的运动。他们将求解非线性动力系统的规范型（Normal Form）方法直接用于非线性模态的构造，得到的模态上的动力学方程（即模态振子）具有Normal Form 形式。 由于系统非线性因素的控制难度较大，利用实验手段研究非线性模态的文献并不多见。目前采用的方法中，大多是寻求非线性模态的近似解析解，因此离散系统的自由度一般不超过 3 个，否则，人工计算的难度过大。而对于连续系统而言，离散化后得到的模型往往具有很高的自由度。所以随着计算机技术的不断发展，借助于计算机的数值分析方法使分析高维系统成为可能，利用数值分析方法研究非线性模态越来越受到关注。文献[7] 介绍了一个基于不变流形方法计算非线性模态的计算机程序，其研究对象是利用有限元技术对一个平面结构离散化后得到的有限自由度系统，这意味着可以采用同样的方法处理更复杂的三维系统。文献[8] 基于多尺度方法借助计算机数值分析，研究了一个悬臂梁的有限元模型的非线性模态。[9] 2 非线性模态的分析流程 ANSYS 软件具有较好的接触建模、分析能力，线性模态的分析能力以及完善的基于APDL 语言的用户接口。我们在多年接触分析和非线性模态分析研究的基础上，开发了
有关模态分析的理解
模态分析的应用及它的试验模态分析 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，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。这些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。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模记分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。 模态分析最终目标是在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以及结构动力特性的优化设计提供依据。 模态分析技术的应用可归结为以下几个方面： 1) 评价现有结构系统的动态特性； 2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计； 3) 诊断及预报结构系统的故障； 4) 控制结构的辐射噪声； 5) 识别结构系统的载荷。 机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先，将结构物在静止状态下进行人为激振，通过测量激振力与胯动响应并进行双通道快速傅里叶变换（FFT）分析，得到任意两点之间的机械导纳函数（传递函数）。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。 近十多年来，由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展，试验模态分析得到了很快的发展，受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。在各种各样的模态分析方法中，大致均可分为四个基本过程： （1）动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析 1）激励方法。试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励，采集各点的振动响应信号及激振力信号，根据力及响应信号，用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同，相应识别方法也不同。目前主要由单输入单输出（SISO）、单输入多输出（SIMO）多输入多输出（MIMO）三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快扫描、稳态随机（包括白噪声、宽带噪声或伪随机）、瞬态激励（包括随机脉冲激励）等。 2）数据采集。SISO方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振型数据。SIMO及MIMO的方法则要求大量通道数据的高速并行采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本较高。 3）时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。（2）建立结构数学模型根据已知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及识别参数依据。目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，也分为频域建模和时域建模。根据阻尼特性及频率耦合程度分为实模态或复模态模型等。
模态分析
模态分析 1.概述 模态分析可以得到结构或者是机器组件的振动特性，包括固有频率和相应的振型。模态分析可以为其他的分析类型的服务，比如对于一个接触分析，它可以检测结构在无约束的情况下的振动特性（自由模态分析），从而作为接触分析的参照。除此之外，模态分析作为后续动力学分析的基础，比如谐响应分析，谱分析，随机振动分析。模态分析得到的结果（固有频率和振型）是在动载荷的作用下，结构设计的重要参数。 You will configure your modal analysis in the Mechanical application, which uses either the ANSYS or the SAMCEF solver, depending on which system you selected, to compute the solution. 你将在Mechanical application中完成模态分析过程，你可以选择ANSYS 或者SAMCEF的求解器计算你的分析结果，取决于你所选择的系统。 You can also perform a modal analysis on a prestressed structure, such as a spinning turbine blade.Prestressed modal analysis requires performing a static structural analysis first. 你也可以在存在预应力的情况下进行模态分析，比如说旋转的涡轮叶片。但是，在这之前，需要对结构进行静力学分析。 If there is damping in the structure or machine component, the system becomes a damped modal analysis. For a damped modal system, the natural frequencies and mode shapes become complex. 如果结构或者机器组件中存在阻尼，系统就变成阻尼模态分析，对于阻尼模态分析，固有频率和振型变得更加复杂。 For a rotating structure or machine component, the gyroscopic effects resulting from rotational velocities are introduced into the modal system. These effects in turn change the system’s damping. Such eff ects are commonly encountered in rotordynamic analysis. The changes in Eigen characteristics at different rotational velocity can be studied with the
模态分析简介
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<
模态分析的认识
模态分析的应用 模态分析作为一门新的学科得到迅速发展，关键在于其实用性，在于它解决实际工程中振动问题的能力。 模态分析所寻求的最终目标在于改变机械结构系统由经验、类比和静态设计方法微动态、优化设计方法；在于借助于试验与理论分析相结合的方法，对已有结构系统进行识别、分析和评价，从中找出结构系统在动态性能上存在的问题，确保工程结构能安全可靠及有效的工作；在于根据现场测试的数据来诊断及预报诊断故障和进行噪声控制。通过这些方法为老产品的改进和新产品的设计提供可靠的指导。 模态分析技术的应用可归结为一下几个方面： 1. 评价现有结构系统的动态特性； 2. 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计； 3. 诊断及预报结构系统的故障； 4. 控制结构的辐射噪声； 5. 识别结构系统的载荷。 自由模态、安装模态、运行模态的区别 模态的结构受到三个主要因素的影响:结构在空间的分布情况,也即结构本身,约束,还有就是实际运动情况.约束不同,那么不同的安装带来了不同的模态结果,也即分出了自由/安装模态; 约束相同,运动不同,那么不同的运动,也即引入了工作变形(ODS)等.
自由模态通常考虑的是结构本身的一些特性,这些特性是很容易表现出来的; 在约束作用下,有些模态将不能反映出来或者被改变了(引入了新的模态转换坐标),因此,自由模态通过转换/缩减后可以获得约束模态,同时也说明约束对模态起重要作用,如增加约束将提高模态频率,事实上也就是改变了约束程度,增加了联结刚度. 安装模态能反映出实际的情况,因为约束和实际是一致的,但安装模态说明的是在安装约束情况下,所有可能的模态情况,并没有考虑实际结构运动,也就是结构真正的工作状态. ODS通常是指结构在某种约束/某种运动条件下表现出来的模态,它是在约束和运动同时作用后考虑的. 通过约束模态分析和ODS分析可以判断出约束模态中的几阶对实际运动工作环境下变形的影响.换言之,ODS表现出了真正的运动变形情况,但它是由约束模态的哪几阶组合,需要通过约束模态加以判断,从而获得各阶贡献量,并加以判断,改进. 既然引入了运动,那么运动条件也就对ODS产生影响,如转动情况,不同的转速对ODS可能发生影响.此时对应的约束模态也可能改变. 模态分析和有限元分析怎么结合使用，用试验模态分析的结果怎么修正有限元分析的结果？ 模态分析和有限元分析怎么结合使用 1。利用有限元分析模型确定模态试验的测量点、激励点、支持点（悬
模态分析
风刀的模态分析 摘要：https://www.360docs.net/doc/e815906519.html,/a/jixiegongcheng4603.html 在机械行业中，对于大量的旋转结构都会时常接触到，这些结构在整个机械行业中占住重要的地位，然而，对于这些结构的损坏，也是由于在旋转的过程中产生了共振，从而引起很大的振动应力，导致了结构件的损坏。因此，在实际工程的设计中，如何做好动力学设计和分析是一项举足轻重的工作。对于像这样的旋转结构件，如何避免产生共振，是动力学设计和分析中一项重要的环节。为此，利用当前先进的计算机技术来对产品进行模态分析，可以指导实际工作中如何去避免共振。 模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术，通过它可以确定自然频率、振型和振型参与系数．模态分析可以使结构设计避免共振或以特定频率进行振动，明确结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的，有助于在其他动力学分析中估算求解控制参数。所以接下来对本文的研究对象即对风刀吹风管进行改进前后做一个模态的对比分析。 1 风刀吹风管的振动分析 风刀吹风管在工作的过程中，由于受到气流连续不断的冲击作用，所产生的高频振动量就是风刀吹风管的固有频率，风刀吹风管的固有振动频率一般是指风刀吹风管系统风刀振动的固有频率，风刀吹风管系统的风刀振动主要是由高压高速的气流所引起的．影响风刀振动的固有频率的因素很多，如气流压缩强度、流速大小、单位面积流通量以及各种阻尼等等，近似可由公式π2//0m k f =进行计算，其中m 和k 分别为气流的等效质量．为了避免气流流过吹风管发生共振现象，必须精确地测出吹风管的固有振动频率，同时也为风刀吹风管系统的故障诊断提供了一个重要参数． 2 风刀吹风管的模态分析 2.1 模态分析简介 模态分析可以分为理论模态分析和试验模态分析,以及二者相结合的理论—试验模态分析这三种研究手段和方法。理论模态分析是基于线性振动理论、有限元理论的，它通过计算机及工程分析软件，首先建立研究对象的几何或数学模型，分析其物理参数，从研究激励、振动系统特性、响应三个方面来求解研究对象的动态特性。实验模态显然是依赖于实验仪器的，主要基于线性振动理论，或者可以间接的从声音振动频率上可以测得。总之，模态分析就是分析引起最低振动频率的大小，因此，模态分析也可以称为振动模态分析，而振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的
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. [][](){}0 2=?i i M K φω
A. 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
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
(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程
均匀直杆的子空间法模态分析 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提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。 ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。 2.模态分析操作过程 一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。 (1).建模 模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。 (2).施加载荷和求解 包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。 指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。 指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND. 定义主自由度，仅缩减法使用。 施加约束，Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。 求解，Main Menu-Solution-Solve-Current LS。 (3).扩展模态 如果要在POSTI中观察结果，必须先扩展模态，即将振型写入结果文件。过程包括重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。 激活扩展处理及其选项，Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes。 指定载荷步选项。 扩展处理，Main Menu-solution-Solve-Current LS。 注意:扩展模态可以如前述办法单独进行，也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。本例即采用了后面的方法 (4).查看结果 模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等
ansys workbench模态分析
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
ABAQUS 预应力模态分析需要注意的地方
提问： 在第一个线性分析步施加载荷，第二个分析步提取频率！如果在第一个分析步中没有打开Nlgeom，则结果和没有施加预载荷的频率是一样的，说明预载荷并没有起作用。如果打开，则频率有所减小！ 回答： 因为几何非线性打开时，属于非线性算法，刚度矩阵是变化的，所以对后来提取的模态有影响。 几何非线性关闭时，加载是线性算法，刚度矩阵不更新，所以加载和不加载时刚度矩阵都一样，对后来的模态提取没有影响。 模态分析（线性摄动分析）在动力学方程中，其载荷列阵和阻尼矩阵为零，那么决定特征值的因素就只有刚度矩阵和质量矩阵了，刚度矩阵的组建和一般的静力学分析是类似的，边界条件的施加改变了自由状态时的刚度矩阵，我们知道在静力学分析中如果没有足够的边界条件就无法得出线性方程组的唯一解，但是在模态分析中不需要求解方程，只提取特征值，约束不足的情况下会得出零特征值，即是零模态或刚体模态。这样我们就明白了约束条件的施加是改变了频率的。 现在我们就讨论预载荷对频率的影响，如果在频率提取分析步是第一个分析步，那么刚度矩阵就基于初始条件下的，如果不是第一个分析步，前面有静力学分析，那么就基于前面分析结束时的刚度矩阵。而前面一个分析步可以是线性的或非线性的，如果前面一个分析步是线性的，那么它的刚度矩阵和初始时并没有发生变化，这也是我所问过的问题，为什么预载荷对频率没有产生影响。如果前面一个分析步是非线性的，那么频率提取使用的是上一个分析步结束时的刚度矩阵，预载荷就产生了影响。当打开了大变形开关，前一个分析步就视为非线性分析了，分析过程中其刚度矩阵随着迭代会发生变化，这样预载荷就对频率产生了影响。有人可能会担心打开大变形对静力学分析步产生偏差，不会的，任何静力学分析从严格意义上来讲都不是线性的，通常的线性静力学分析只是一种简化。所以这是可行的方法，当然如果前面的分析步包含有材料非线性或边界非线性，它们也会改变刚度矩阵，就没有必要再打开几何非线性了！ 由此我们就可以看出模态分析即固有频率的提取的本质和内涵了，它描述的是结构在一定的状态下的震动情况，与外载荷无关，而外载荷是改变其状态的因素，当状态改变了，固有频率也随之改变了！
模态分析(modal)
模态分析（modal ） 1.概述（Modal and Modal (SAMCEF)） 模态分析可以得到结构或者是机器组件的振动特性，包括固有频率和相应的振型。 模态分析可以为其他的分析类型的服务，比如对于一个接触分析，它可以检测结构在无约束的情况下的振动特性（自由模态分析），从而作为接触分析的参照。除此之外，模态分析作为后续动力学分析的基础，比如谐响应分析，谱分析，随机振动分析。模态分析得到的结果（固有频率和振型）是在动载荷的作用下，结构设计的重要参数。 You will configure your modal analysis in the Mechanical application, which uses either the ANSYS or the SAMCEF solver, depending on which system you selected, to compute the solution. 你将在Mechanical application 中完成模态分析过程，你可以选择ANSYS 或者 SAMCEF 的求解器计算你的分析结果，取决于你所选择的系统。 You can also perform a modal analysis on a prestressed structure, such as a spinning turbine blade.Prestressed modal analysis requires performing a static structural analysis first. 你也可以在存在预应力的情况下进行模态分析，比如说旋转的涡轮叶片。但是，在这之前，需要对结构进行静力学分析。 If there is damping in the structure or machine component, the system becomes a damped modal analysis. For a damped modal system, the natural frequencies and mode shapes become complex. 如果结构或者机器组件中存在阻尼，系统就变成阻尼模态分析，对于阻尼模态分析，固有频率和振型变得更加复杂。 For a rotating structure or machine component, the gyroscopic effects resulting 模态分析定义.doc
模态分析方法与步骤
模态分析方法与步骤 一、模态分析包括下列6种方法： 1.降阶法(reduced householder method)： 该方法为一般结构最常用的方法之一。其原理是在原结构中选取某些重要的节点为自由度，称为主自由度(master degree of freedom)，再用该主自由度来定义结构的质量矩阵及刚度矩阵并求出其频率及振动模态，进而将其结果扩展至全部结构。在解题过程中该方法速度较快，但其答案较不准确。 主自由度的选择依照所探讨的模态、结构负载的情况而定： a. 主自由度的个数至少为所求频率个数的两倍。 b. 选择主自由度的方向为结构最可能振动的方向。 c. 主自由度节点位于较大质量或转动惯量处及刚性较低位置。 d. 如果弯曲模态为主要探讨模态，则可省略旋转自由度。 e. 主自由度的节点位于施力处或非零位移处。 f. 位移限制为零的位置不能选为主自由度节点，因为这种节点具有高刚性的特性。 可以用M命令来定义主自由度。此外，也可由ANSYS自动选择自由度。 2. 次空间法(subspace method)： 通常用于大型结构中，仅探讨前几个振动频率，所得到结果较准确，不需要定义主自由度，但需要较多的硬盘空间及CPU时间。求取的振动模态数应该小于模型全部自由度的一半。 3. 非对称法(unsymmetrical method)： 该方法用于质量矩阵或刚度矩阵为非对称时，例如转子系统。其特征值(eigenvalue)为复数，实数部分为自然频率；虚数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。 4. 阻尼法(damped method)：
该方法用于结构系统具有阻尼现象时，其特征值为复数，虚数部分为自然频率；实数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。 5. 区块法(block lanczos method)： 该方法用于大型结构对称的质量及刚度矩阵，和次空间方法相似，但收敛性更快。 6. 快速动力法(power dynamics method)： 该方法用于非常大的结构（自由度大于100,000）且仅需最小几个模态。该方法质量矩阵采用集中质量法。 二、模态分析的步骤： 1. 模型建立。模态分析是线性分析，如果在分析中指定了非线性单元，程序在计算过程中将忽略其非线性行为，故模态分析尽可能选用线性单元。在材料特性中密度DENS一定要定义，以构建质量矩阵；另外必须指定弹性模量EX。材料的性质可以是线性的、非线性的、恒定的或与温度相关的，但非线性性质将被忽略。 2.进入/SOLU中定义模态分析，声明模态分析方法，结构外力负载（通常指结构约束条件，如果有结构外力，则是预应力问题），主自由度的选择（如选用降阶法）。求解，退出/SOLU。 3. 再进入/SOLU，将所得结果扩展至全结构，求解，并保存至结果文件以便在后处理器中检查结果。 4. 进入/POST1检查结果。 也可以将求解与模态扩展合并在一起，定义完模态分析相关参数后，不求解，先定义模态扩展，然后再求解。
预应力是否会对结构的固有频率产生影响
SimWe仿真论坛---(邀请注册)'s Archiver SimWe仿真论坛---(邀请注册)?I02：数学与力学科学?预应力是否会对结构的固有频率产生影响? 学界雏鹰发表于2009-7-3 17:30 预应力是否会对结构的固有频率产生影响? [i=s] 本帖最后由zsq-w 于2009-8-17 12:13 编辑[/i] [size=5] [font=宋体][size=5] 请问各位各位大师：预应力是否会对结构的固有频率产生影响？即结构在有预应力和无预应力的情况下，固有频率是否一样:funk: ？[/size][/font][/size] zsq-w发表于2009-7-4 09:53 显然不一样。 你可以想象一个受预拉力的简支梁，其刚度增大，所以固有频率增大。 sp60发表于2009-7-4 23:07 我做过实验 显然不一样～ lugy234发表于2009-7-30 18:15 想一下,一个弹簧被压缩一定距离后的固有频率会变吗? yzx088发表于2009-8-14 15:52 肯定不一样 iambadman发表于2009-8-15 00:52 我觉得不会。 因为如果系统没产生大的几个变形，刚度矩阵是不变的。 固有频率和力加载没关系，只和约束有关。 个人观点。 iambadman发表于2009-8-15 00:59
另外看到一个论文~~~~ 进行了5根预应力梁的动力试验,结果表明:预应力梁的固有频率随预应力的增加而增加,这与经典的轴力作用下各向同性材料梁的理论分析结果完全相反.为此,将预应力梁视为各向同性材料梁,采用IstOpt软件对试验数据进行拟合,得到梁频率计算时的刚度修正公式,并将频率计算结果与试验结果及相关文献上的三个修正公式的计算结果进行了对比分析,结果表明:提出的计算公式用于梁的一阶频率计算时,计算值与实测值误差较小,而且能较好地反映频率随预应力的变化趋势,比已有的修正公式更适用;计算梁的二阶频率时误差稍大,也具有一定的适用性;进行梁的三阶及以上频率的计算时存在较大误差,有待进一步的研究. iambadman发表于2009-8-15 01:07 我个人是觉得上面的论文是有问题的甚至是错误的。如果足够小的扰动，如果是线性系统，固有频率是不受影响的 jiguixiu发表于2009-8-15 14:00 预应力应该有的，因为单元的刚度是矩阵包括几何刚度矩阵和初应力矩阵的，初应力对结构的频率肯定是有影响的，你想想一个橡皮筋，拉紧和放松，频率能相同吗？ 有些软件可能没有考虑初应力矩阵对结构刚度的影响，或者有些是需要单独设定的是否考虑初应力对刚度的影响。 iambadman发表于2009-8-16 11:06 晕，我贴的一个论文被评分了，不是像样的论文啊，我只是贴一下，如果有误导，不是我本意啊，而且我也不认可这个论文的观点，只是表达这个可能大家看法不同，或者容易有不同（错误）意见。 我的观点是如果是线性范围内（弹性范围内），预应力部影响固有频率。 zsq-w发表于2009-8-16 14:10 [b] [url=https://www.360docs.net/doc/e815906519.html,/redirect.php?goto=findpost&pid=1745646&ptid=887380]10 #[/url] [i]iambadman[/i] [/b] 评分仅针对你贴的资料了。 我以前在一本振动力学教材（现在记不清是谁编写的）上，明确说明了：预应力对结构的频率是有影响的。在一次《固体力学》的课堂上，我的一位老师也说过预应力对频率是有影响的。 如果手头有书的话，ls兄弟可查看下有没有说明。 iambadman发表于2009-8-16 18:36 谢谢楼上，我晚上去找找看。 phd9992000发表于2009-8-17 15:07
模态分析
模态分析 定义：模态分析用于确定设计结构的振动特性（固有频率和振型），他们是承受动载荷的结构设计中的重要参数。同时，也是瞬态分析、谐响应分析，谱分析的的起点。 模态分析是一种线形分析，任何非线性均被忽略，可以进行有预应力的模态分析。 模态提取方法： 1.block lanczos（分块兰索斯法）适用于大型对称特征值求解问题 2.subspace（子空间法）适用于大型对称特征值求解问题 3.powerdynamics法，用于大模型。 4.reduced（缩减法）速度快，精度低 等等...... 模态分析的基本步骤 1.建模 2.加载及求解 3.扩展模态 4.结果后处理 （1）模型的建立 只有线性行为是有效的；必须指定ex和dens，非线性行为被忽略。 （2）加载及求解 1.指定分析类型为模态分析。restar是无效的，若施加不同的边界条件，须重做分析。 mode extraction method（模态提取方法） no.of modes to extract（模态提取阶数）该项对除缩减法以外的方法都是必须的。 no.of modes to expend（模态扩展数）次项只在采用缩减法，非对称法，阻尼法时要求设置。若要得到单元求解结果，则无论采用何种模态提取方法都需要打开“calculate elem results”项。 use lumped mass approx？（质量矩阵形成方式），一般采用默认，有梁或壳单元，采用集中质量矩阵会有很好的结果。 incl prestress effect？（预应力影响计算） 2.定义主自由度 当采用缩减法，提取模态时，要定义主自由度mdof，mdof选取的规则是：选取至少是感兴趣的模态阶数的倍数个mdof（个人认为相当于pkpm中的振型个数）。 3.模型上加载 在典型的模态分析中唯一有效的荷载是零位移约束，其他的荷载形式将被忽略。 4.指定荷载步选项 唯一可用的荷载步选项，为阻尼选项。 阻尼只在用damped法提取模态时有效。若果在模态分析后要进行单点响应谱分析，则在无阻尼模态分析中可以指定阻尼，虽不影响特征值的解，但它将被用于计算每个模态的有效阻尼比，此阻尼比将用于计算谱产生的响应。 5.求解 （3）模态扩展 “扩展模态”不仅适用reduce法提取的缩减振型，也适用其他方法得到的完整振型。要在后处理中观察振型，必须先扩展之。 具体操作如下： 1.打开expansion pass选项