ANSYS模态理论介绍.ppt

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1、模态分析模态分析模态分析定义和目的B.讨论相关的概念、术语及模态提取方法C.学习怎样在ANSYS中做模态分析D.模态分析练习2-模态分析A.定义和目的什么是模态分析？定义结构振动特性的方法：固有频率模态形式模态分析是各种动力学分析类型最基础的内容。2-模态分析…定义和目的模态分析的优点使结构设计避免共振或按特定频率进行振动（例如扬声器）使工程师可以认识到对于不同类型的动力载荷结构是如何响应的有助于在其它动力分析中估算求解控制参数（如时间步长）建议：由于结构的振动特性决定了结构对于各种动力载荷的响应情况

2、，所以在准备进行其它动力分析之前首先要进行模态分析。2-通用运动方程：假定为自由振动并忽略阻尼：假定谐运动(即：)这个方程的根是i，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。模态分析B.术语与概念2-模态分析…术语与概念特征值的平方根是wi，它就是结构的自然圆频率（弧度/秒）。并可得出自然频率fi=wi/2p（圈/秒）。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2-模态分析…术语与概念（接上页）模态提取是用来描述特征值和特征向量计算的术语。模态扩展有两

3、重含义。对于缩减法，模态扩展是从缩减模态形式计算全模态形式；对于其它的方法，模态扩展仅仅是表示把模态形式写入结果文件。2-模态分析–术语和概念模态提取法在ANSYS中有以下几种模态提取方法：分块Lanczos法（缺省）子空间法PowerDynamics法缩减法非对称法阻尼法(full)QR阻尼法使用何种模态提取方法主要取决于模型大小（相对于计算机的计算能力而言）和具体的应用场合2-模态分析–术语和概念…模态提取法-分块Lanczos法分块Lanczos法可以在大多数应用场合下使用。当需提取很多阶振型时

4、（40+），这种方法很有效经常应用在具有实体单元/壳单元/梁单元等复杂模型中是在一个频率范围内模态的有效提取法可以有效处理约束方程很好的处理刚体模态2-模态分析–术语和概念…模态提取法–子空间法子空间法比较适合于提取中大模型中的较少模态（<40）需要相对较少的内存，较大的磁盘空间在具有刚体模态时可能会有收敛问题建议在具有约束方程时不要用此法通常被分块Lanczos法取代2-模态分析–术语和概念…模态提取法–PowerDynamics法PowerDynamics法适用于提取很大的模型（100.000个自

5、由度以上）的较少振型（<20），这种方法明显比分块Lanczos法或子空间法快，但是：需要很大的内存当单元形状不好或出现病态矩阵时，用这种方法可能不收敛可能丢失某些模态（没有Sturm系列检查）建议只将这种方法作为对大型模型的一种备用方法2-模态分析–术语和概念…模态提取法–缩减法如果模型中的集中质量不会引起局部振动，例如象梁和杆那样，可以使用缩减法：内存和磁盘要求较低它是所有方法中最快的使用矩阵缩减法，即选择一组主自由度来减小[K]和[M]的大小缩减的刚度矩阵[K]是精确的，但缩减的质量矩阵[M]是

6、近似的质量矩阵[M]精确程度取决于主自由度的数目和位置通常不推荐使用，因为：在选择主自由度需要有很高的要求分块Lanczos法能有效的取代该方法降低了硬件的花费2-模态分析–术语和概念…模态提取法–非对称法非对称法适用于声学问题（具有结构藕合作用）和其它类似的具有非对称质量矩阵[M]和刚度矩阵[K]的问题：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2-模态分析–术语和概念…模态提取法–阻尼法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

7、要使用阻尼法2-模态分析–术语和概念…模态提取法-Q-R阻尼法Q-RDamped法是另一种考虑阻尼效应的模态提取方法比现存的阻尼求解器更快，更稳定可以用于条件很差的模型所有的阻尼形式都允许，包括阻尼单元合成了实特征值求解方法（分块Lanczos）和复Hessenberg法（OR运算方法）的最好的特性输出复特征值（频率和稳定性）和每个模态的阻尼率2-MODOPT,QRDAMP,NMODE模态分析–术语和概念…模态提取法-Q-R阻尼法2-模态分析–术语和概念模态提取法概括2-模态分析C.步骤模态分析中的四

8、个主要步骤：建模选择分析类型和分析选项施加边界条件并求解评价结果2-模态分析步骤建模必须定义密度！只能使用线性单元和线性材料，非线性性质将被忽略2-模态分析步骤选择分析类型和分析选项建模选择分析类型和选项：进入求解器并选择模态分析模态提取选项*模态扩展选项*其它选项**将与后面讨论2-模态分析步骤…选择分析类型和分析选项模态提取选项：方法：建议对大多数情况使用分块Lanczos法振型数目：必须指定（缩减法除外）频率范围：缺省为全部，但可以限定于某个范围内