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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,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、分块法(Lanczos)、 PowerDynamics法、缩减法(reduced)、非对称法、阻尼法(damped)和QR阻尼法。阻尼法和QR阻尼法 允许在结构中存在阻尼。 前四种方法(分块Lanczos法、子空间法、PowerDynamics法和缩减法)是最常用的模态提取方法。 对称系统特征值 适用范围 内存要求 存贮要求 求解法表 模态 提取法 分块 缺省提取方法 中 低 Lanczos法 用于提取大模型的多阶模态(40阶以上) 建议在模型中包含形状较差的实体和壳单元时采用此法 最适合于由壳或壳与实体组成的模型 速度快,但要求比子空间法内存多50% 子空间法 用于提取大模型的少数阶模态(40阶以下) 低 高 适合于较好的实体及壳单元组成的模型 可用内存有限时该法运行良好 Power 用于提取大模型的少数阶模态(20阶以下) 高 低 Dynamics 适合于100K以上自由度模型的特征值快速求解 对于网格较粗的模型只能得到频率近似值 复频情况时可能遗漏模态 缩减法 用于提取小到中等模型(小于10K自由度)的所有模态 低 低 选取合适主自由度时可获取大模型的少数阶(40阶以下) 模态,此时频率计算的精度取决于主自由度的选取。 子空间法 使用子空间迭代技术,它内部使用广义Jacobi迭代算法。由于该方法采用完整的K和矩阵,因 此精度很高, 但是计算速度比缩减法慢。 这种方法经常用于对计算精度要求高, 但无法选择主自由度 (DOF) 的情形。

模态分析过程
模态分析过程由四个主要步骤组成: 1. 建模; 2. 加载及求解; 3. 扩展模态; 4. 观察结果。

建模
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,它们将被当作是线性的。例如,如果分 析中包含了接触单元,则系统取其初始状态的刚度值并且不再改变此刚度值。 材料性质可以是线性的,各向同性的或正交各向异性的,恒定的或和温度相关的。在模态分析中必 须指定杨氏模量EX(或某种形式的刚度)和密度DENS(或某种形式的质量)。而非线性特性将被忽略。

加载及求解
主要完成下列工作:首先定义分析类型、指定分析设置、定义载荷和边界条件和指定加载过程设置,然 后进行固有频率的有限元求解。在得到初始解后,再对模态进行扩展,以供查看。

1、进入ANSYS 求解器 命令:/SOLU GUI:Main Menu>Solution 2、指定分析类型和分析选项 分析类型和分析选项 选项
New Analysis Analysis Type: Modal Mode Extraction Method Number of Modes to Extract

命令

GUI选择途径 Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis >Modal Main Menu>Solution>Analysis Options Main Menu>Solution>Analysis Options

ANTYPE
ANTYPE MODOPT MODOPT

2.1、选择新分析New Analysis 2.2、分析类型:Modal[ANTYPE] 2.3、Modal Extraction Method[MODOPT] 2.4、Number of Modes to Extract[MODOPT] 2.5、Number of Modes to Expand[MXPAND]


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