河南科技学院
2013届本科毕业论文（设计）
论文题目：基于ANSYS的轴承座的模态分析
学生姓名：刘x
所在院系：机电学院
所学专业：机械设计及其自动化
导师姓名：
完成时间：2013年5月8日
轴承座在机械生产中很常见，在各类机器、机构中都有它存在的身影，由于轴承座本身结构并不是太复杂，所以本文并没有借助其他类型的三维软件建模，而是在ANSYS环境下建立的模型。轴承座的受力主要是分布在轴承孔圆周上，还有轴承孔的下半部分的径向压力载荷。为了提高结构的抗振性，本文借助于ANSYS软件强大的模态分析功能，运用ANSYS软件建立了轴承座的三维模型，并对轴承座进行模态分析，并给出前20阶的固有频率和振型，以此来指导结构的优化设计[1]。
关键字：轴承座，模态分析，有限元，ANSYS
Abstract
Bearing seat is common in the machinery manufacturing, it exists in all kinds of machine, figure, because the bearing seat structure itself is not too complicated, so this article does not use other types of 3 d software modeling, but established under ANSYS environment model. Stress is mainly distributed in the bearing hole of the bearing on the circumference of a circle, and the bearing hole of the bottom half of the radial pressure load. In order to improve the vibration resistance of structure, in this paper, with the aid of powerful modal analysis function of ANSYS software, and the 3 d model of the bearing was established by applying the ANSYS software, and the modal analysis was carried out on the bearing seat, and give the top 20 order natural frequency and vibration mode, in order to guide the optimization design of structure.
Keywords: bearing seat，modal analysis，finite element ，ANSYS
1 引言 (1)
2 ANSYS概述和分析步骤 (1)
2.1 概述 (1)
2.1.1 ANSYS简介 (1)
2.1.2 ANSYS主要的应用的领域 (1)
2.1.3 ANSYS的主要功能 (2)
2.1.4 ANSYS提供的分析类型 (2)
2.1.5 ANSYS的操作界面 (3)
2.2 ANSYS分析步骤 (4)
2.2.1 创建有限元模型 (4)
2.2.2 施加载荷进行求解 (4)
2.2.3. 后处理 (5)
3 轴承座的实体建模 (5)
3.1 建立模型的典型步骤 (6)
3.2 轴承座建模 (6)
4 轴承座的模态分析 (11)
4.1 模态分析理论及分析过程 (11)
4.2 模态分析步骤 (11)
4.2.1指定分析标题并设臵分析范畴 (11)
4.2.2定义单元类型 (11)
4.2.3 划分网格 (12)
4.2.4 进入求解器并指定分析类型和选项 (12)
4.2.5 施加边界条件 (13)
4.2.6执行求解 (13)
4.2.7 列出固有频率 (13)
4.2.8查看模态形状 (13)
4.2.9模态分析结果 (15)
5结论 (15)
6 总结 (15)
致谢 (17)
参考文献 (18)
1 引言
随着现代机械设计要求的日益提高，将有限元法运用于机械设计和机械运动分析成为必然的趋势，主要体现在：传统机械设计耗费工时，设计周期长，产品成本较高。传统机械设计是在有限的几个方案中比较或者选择一个比较优秀的方案进行设计的，这就使得设计具有一定的盲目性。将有限元法运用到机械设计去，可以优化零件形状，降低消耗和成本，提高产品的质量和性能。最为重要的有限元法大大缩减了设计周期，减少了试件的制作。有限元法在产品设计和研究中显示出无比的优越性，使其成为企业在市场竞争中的有利工具，已经越来越受到工程技术人员的重视。
目前工程中以广泛使用计算机辅助工程软件（CAE），商业化的CAE软件技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Method),边界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。
轴承座作为工业领域中不可或缺的配件，在汽车、航空、冶金、矿山等行业的应用越来越广泛。轴承座是装在汽轮机汽缸本体或基础上用来支撑轴承的构件。轴承座是轴承与箱体的集合体，以便于应用，这样的好处是可以有个好的配合，更方便的使用，减少了使用厂家的成本。轴承座主要是与轴承配套使用的，轴承外圈和轴承座采用过盈配合，轴承座起一定的支撑作用，以便于轴承的广泛使用。但由于长时间处于交变荷载或冲击荷载的作用下，轴承座在肋板与轴承座、轴瓦孔内缘线以及轴承座与基底相接触的地方会存在应力集中，这对于轴承座的使用非常不利，而且如果其工作频率与固有频率相等或接近时，会影响到它的使用寿命，甚至引起安全事故，因此对于其动态性能和振动的分析显得十分重要。通过ＡＮＳＹＳ软件对轴承座进行了有限元动力学模态分析，研究结果可为轴承座的动态响应计算和结构优化设计提供理论依据[2]。
2 ANSYS概述和分析步骤
2.1 概述
2.1.1 ANSYS简介
ANSYS由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
2.1.2 ANSYS主要的应用的领域
ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
2.1.3 ANSYS的主要功能
ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，目前，有限元法从它最初应用的固体力学领域，已经推广到温度场、流体场、电磁场、声场等其他连续介质领域。在固体力学领域，有限元法不仅可以用于线性静力分析，也可以用于动态分析，还可以用于非线性、热应力、接触、蠕变、断裂、加工模拟、碰撞模拟等特殊问题的研究。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
前处理模块
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。ANSYS的前处理模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。
分析计算模块
分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。
后处理模块
后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了200种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。
2.1.4 ANSYS提供的分析类型[3]
ANSYS软件提供的分析类型如下：
结构静力分析
用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。
结构动力学分析
结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。
结构非线性分析
结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。
动力学分析
结构动力学分析研究结构在动载荷作用的响应（如位移、应力、加速度等得时间历程），以确定结构的承载能力的动力特性等。ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。
热分析
程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热－结构耦合分析能力。
电磁场分析
主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装臵等的设计和分析领域。
流体动力学分析
ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热－流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。
声场分析
ANSYS把声学归为流体，程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。
压电分析
压电效应分析是一种结构－电场耦合分析，给压电材料加电压会产生位移，反之使压电材料振动则产生电压，一个典型的压电分析的应用是压力换能器。ANSYS 压电分析用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析：静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析。
2.1.5 ANSYS的操作界面
图2-1 操作界面
ANSYS操作界面如上图所示，目前还没有汉化版本，主要使用的是10.0版本。该软件的操作界面比较复杂，特别是建模部分较为繁琐。因此一般都是用三维软件建模，再将模型导入ANSYS经行网格划分和分析计算。这样能大大的提高工作效率。
2.2 ANSYS分析步骤
2.2.1 创建有限元模型
（1）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性）
（2）创建或读入几何实体模型
1）几何建模和单元选择一般同静力学步骤
2）材料设臵：必须输入密度；注意单位
（3）有限元网格划分
2.2.2 施加载荷进行求解
(1)施加约束条件、载荷条件
1）模态分析唯一的边界条件是零约束位移
2）不输入约束，将输出刚体模态。
(2)定义分析选项和求解控制
1）指定分析类型。如图2-2所示。
Preprocessor > Solution >Analysis Type > New Analysis
2）指定求解方法
3）提取模态和扩展模态的数目
图2-2 定义分析选项
图2-3 设定模态数目
图2-3 设定模态数目
图2-4 设定频率范围
(3)定义载荷及载荷步选项
(4)求解solve
2.2.
3. 后处理
(1)查看分析结果
(2)检验结果
3 轴承座的实体建模
3.1 建立模型的典型步骤
(1)确定分析目标及模型的基本形式，选择合适的单元类型并考虑如何建立
适当的网格密度。
(2)进入前处理建立模型，一般情况下利用实体建模创建模型。
(3)建立工作平面。
(4)利用几何元素和布尔运算操作生成基本几何形状。
(5)激活适当的坐标系。
(6)用自底向上方法生成其他实体，即定义关键点后生成线、面和体。
(7)用布尔运算或编号控制适当地连接各个独立的实体模型域。
3.2 轴承座建模
(1)生成基座部分的长方体：
单击Main Menu > Preprocess > Create > V olumes > Block > By Dimensions，输入X1=0,X2=3,Y1=0,Y2=1,Z1=0,Z2=3,然后单击[OK]，得长方体基座。如图3-1所示.
图3-1 生成基座
(2)平移并旋转工作平面：Utility Menu > WorkPlane > Offset WP by
IncrementsX,Y,Z Offsets 输入2.25,1.25,0.75，点击[Apply]，XY，YZ，ZX Angles 输入0，－90，0，单击[OK]。
(3)创建圆柱体：
单击Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > V olumes > Cylinder > Solid Cylinder,输入WPX=0，WPY=0，Radius=0.75/2, Depth=－1.5,单击[OK]。
得到一个圆柱体。拷贝生成另一个圆柱体：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > V olume拾取圆柱体,单击击Apply, DZ输入1.5，单击[OK]。
拷贝生成另一个圆柱体完成。如图3-2所示。
(4)从长方体中减去两个圆柱体：Main Menu > Preprocessor > Modeling >
Operate > Booleans > Subtract > V olumes，首先拾取长方体，单击[Apply]，然后拾取减去的两个圆柱体，单击[OK]。如图3-3所示。
(5)使工作平面与总体笛卡尔坐标一致：Utility Menu > Work Plane > Align WP
with > Global Cartesian。
图3-2 创建圆柱体
图3-3 生成圆柱孔
(6)显示工作平面
Utility Menu > WorkPlane > Display Working Plane
(7)生成长方体：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > V olumes
> Block > By2corners&Z，在创建实体模块的参数表中输入下列数值：WPX=0 ,WPY=1，Width=1.5，Depth=0.75。保存结果：Toolbar:SA VE_DB。
如图3-4所示。
(8)转移工作平面到某一关键点：Utility Menu > WorkPlane > Offset WP to >
Keypoints + ，在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点，然后单击[OK]。
保存结果：Toolbar: SA VE_DB。
(9)创建1/4圆柱：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > V olumes >
Cylinder > Partial Cylinder +，在创建圆柱的参数表中输入下列参数：WP X = 0，WP Y = 0，Rad-1 = 0，Theta-1 = 0，Rad-2 = 1.5，Theta-2 = 90，Depth = -0.75，单击[OK]。保存结果：Toolbar:SA VE_DB 。如图3-5所示。
如图3-4 创建长方体
图3-5 创建1/4圆柱
(10) 在轴承孔的位臵创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备：Main Menu >
Preprocessor > Modeling > Create > V olume > Cylinder > Solid Cylinder +,a.
输入下列参数:WPX = 0，WPY = 0，Radius = 1，Depth = -0.1875;b. 拾取[Apply];c. 输入下列参数:WPX = 0，WPY = 0，Radius = 0.85，Depth = -2，单击[OK]。如图3-6所示。
如图3-6 创建圆柱体
(11)从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔：:Main Menu > Preprocessor > Modeling >
Operate > Subtract > V olumes+，a.拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”
操作的母体。单击[Apply]；b.拾取大圆柱作为“减”去的对象。单击[Apply]；
c.拾取步a中的两个体，单击[Apply]；
d.拾取小圆柱体，单击[OK]；
Toolbar:SA VE_DB。
合并重合的关键点；
Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items将Label 设臵为“Keypoints”, 单击【OK】。如图3-7所示。
图3-7 生成轴孔
(12) 创建一个关键点
在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点:
Main Menu > Preprocessor > Modeling> Create > Keypoints > KP between KPs 拾取底座的上部前面边缘线的两端为关键点，单击【OK】
RATI = 0.5，单击【OK】
(13) 创建一个三角面并形成三棱柱
1)创建三角面；
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbitrary > Through KPs
拾取轴承孔座与整个基座的交点
拾取轴承孔上下两个体的交点
拾取基座上上步建立的关键点，单击【OK】完成了三角形侧面的建模
2)沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱；
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas > Along Normal拾取三角面，单击【OK】
输入DIST = -0.15，厚度的方向是向轴承孔中心，单击【OK】，
3) 保存结果;
Toolbar: SA VE_DB。如图3-8所示。
图3-8 创建三棱柱
(14) 关闭工作平面
Utility Menu > WorkPlane > Display Working Plane (toggle off)
(15) 沿坐标平面镜面生成整个模型
1）镜面生成整个模型；
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Reflect > V olumes
拾取All选择“Y-Z plane”，单击【OK】，生成如下图所示
2）保存结果;Toolbar: SA VE_DB。如图3-9所示。
图3-9 生成轴承座模型
（16）粘接所有体
1）粘接操作；
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue > V olumes拾取All
2）保存结果;
Toolbar: SA VE_DB。
4 轴承座的模态分析
4.1 模态分析理论及分析过程[4]
模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术，包括频率、振型等的分析，它是所有动力学分析最基础的内容。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，使工程师认识到结构对于不同类型的动力荷载是如何响应的，有助于在其他动力分析中估算求解控制参数。
模态分析的通用运动方程为：
[M]{u··}+[C]{u·}+[K]{u}={F(t)}。…………………（１）
其中：[M]为质量矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为刚度矩阵；u为节点位移矢量；u·和u··分别为位移矢量对时间t的一阶和二阶导数；F(t)为外界载荷矢量。
文中的轴承座可假定为自由振动并忽略阻尼，则方程变为：[M]{u··}+[K]{u}={0}。…………………………… （２）
模态分析假定结构是线性的（如[M]和[K]保持为常数），在谐运动的情况下，方程可化为：
([K]-ω2[M]){u}={0}。…………………………（３）
其中：ω为结构的自然圆周频率。由系数行列式det([K]-ω2[M])＝０可求出方程的特征值λi(λi=ωi2)，从而得到结构的自然圆频率ωi，并可得出结构的自然频率fi=ωi/(2π)。特征值λi对应的特征向量{u}ｉ表示振型，即假定结构以频率fi振动时的形状
4.2 模态分析步骤
4.2.1指定分析标题并设臵分析范畴
（1）设臵标题等Utility Menu>File>Change Title
Utility Menu>File> Change Jobname
Utility Menu>File>Change Directory
（2）选取菜单途径Main Menu>Preference ,单击Structure,单击OK
4.2.2定义单元类型
ＡＮＳＹＳ程序中提供了多种实体单元，本文采用的是Ｓｏｌｉｄ９２单元，此单元具有二次位移型函数，非常适合于模拟不规则形状的结构。它由１０个节点定义，每个节点有３个自由度；此单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形和大应变等功能。单元外形如图4-1所示[5]。
模型的材料选择为Ｑ235钢，密度为780ｋｇ／ｍ３，弹性模量为210GPA，泊松比为0.3．
图4-1 Ｓｏｌｉｄ９２单元类型
上面的实常数在mm单位制（即模型尺寸单位为mm）下输入到Ansys 时应为EX=2e5MP，PRXY=0.3，DENS=7.8e-9T/mm^3。
Main Menu: Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Select solid 92。依次选取：Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Model 出现Define Material Model Behavior对话框，再依次选取：Material Models Available→Structural→Linear→Elastic→Isotropic 出现Linear Isotropic Propeties for Materal Number 1 对话框，在EX输入栏中输入2.1E5。在PRXY 中输入0.3。点击ok退出。再选取Structural→Density，设臵材料密度，在弹出的对话框中，DENS一栏输入7.8E-9，OK，退出对话框。点击Materal→Exit完成参数设臵。
4.2.3 划分网格
选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,出现MeshTool对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize,下面可选择网格的相对大小（太小的计算比较复杂，不一定能产生好的效果，一般做两三组进行比较），保留其他选项，单击Mesh出现Mesh Volumes对话框，其他保持不变单击Pick All，完成网格划分。
有限元法的基础是用有限个单元体的集合来代替原有的连续体。因此首先要对实体结构进行必要的简化，再将实体结构划分为有限个单元组成的离散体，单元之间通过单元节点相连接。本文的模型比较复杂，采用智能网格划分，划分等级为１级，得到４０２５８个节点、２５４５５个单元，划分结果如图4-2所示：
4.2.4 进入求解器并指定分析类型和选项
选取菜单途径Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，将
图4-2 划分网格
出现New Analysis对话框,选择Modal单击OK。
选取Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options，将出现Modal Analysis 对话框，选中Subspace模态提取法，在Number of modes to extract处输入相应的值20，单击OK，出现Subspace Model Analysis对话框，选择频率的起始值，其他保持不变，单击OK。
4.2.5 施加边界条件
施加的约束要和实际工况相符合，本文的轴承座模型底部约束为竖直方向位移为零，４个安装孔径向约束为对称,选取MainMenu>Solution>Define loads>Apply>Structural>Displacement,出现ApplyU,ROT on KPS对话框，选择在点、线或面上施加位移约束,单击OK会打开约束种类对话框，选择（All DOF,UX,UY,UZ）相应的约束,单击apply或OK即可。
4.2.6执行求解
选取菜单途径Main Menu>Solution>Solve>Current LS。浏览在/STAT命令对话框中出现如下图所示的信息，然后使用File>Close关闭该对话框,单击OK。在出现警告“A check of your model data produced 1 Warning。Should the SOLV command be executed?”时单击Yes,求解过程结束后单击close。如图4-3所示。
4.2.7 列出固有频率
Main Menu>General Postproc>Results Summary。浏览对话框中的信息。如图4-4所示。
4.2.8查看模态形状
查看某阶模态的变形，首先读入求解结果，如现在要查看一阶模态,
执行Main Menu>General Postproc>Read results>first Set,然后执
图4-3 求解信息图4-4 固有频率
行Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape，在弹出对话框中选择“Def+undefe edge”单击OK。查看下一阶振型图Main Menu>General Postproc>Read Results>Next Set>plot。
第1阶模态第2阶模态
第3阶模态第4阶模态
第5阶模态第10阶模态
第15阶模态第20阶模态
4.2.9模态分析结果
对某阶固有频率，该阶模态振型中变形较大的部位是敏感部位，改变这些部位的物理参数，将获得较大的固有频率的改变。
当工作频率与固有频率相等或接近时，，对轴承支座造成伤害就越大。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，使工程师认识到结构对于不同类型的动力荷载是如何响应的。
5结论
（１）在用ＡＮＳＹＳ对轴承座进行前处理的过程中，必须指定模型的密度，否则不能得出想要的结果。
（２）模型的求解是在无阻尼、自由振动的假设前提下进行的。
（３）必须对模型施加与实际情况相符的约束，不允许有非零位移约束。（４）通过ＡＮＳＹＳ软件对轴承座进行了有限元动力学模态分析，求出了轴承座的低阶（前20阶）固有频率和振型。为了防止结构发生共振，应尽量使外界激励响应的频率避开轴承座的固有频率。位移矢量图中的顶部位臵附近是不同振型下位移的最大值位臵，这些区域应该重点考虑。研究结果可为轴承座的动态响应计算和结构优化设计提供理论依据。
（５）利用先进的有限元技术来研究轴承座的固有频率和振型，可缩短研发周期，提高设计质量。
6 总结
相对于其他应用型软件而言，ANSYS作为大型权威性的有限元分析软件，对提高解决问题的能力是一个全面的锻炼过程，是一门相当难学的软件。在刚开始接触的时候会感到无从下手，照着书本上的例子做也是云里雾里不知所云，但多花点时间练习后渐渐有了些眉目，知道了该如何去学它，也逐渐有了学习
ANSYS的兴趣。
我认为要学好ANSYS，就要对自己提出很高的要求，一方面，需要学习者有比较扎实的力学理论基础，对ANSYS分析结果能有个比较准确的预测和判断，可以说，理论水平的高低在很大程度上决定了ANSYS使用水平；另一方面，需要学习者不断摸索出软件的使用经验不断总结以提高解决问题的效率。
在学ANSYS时，以前学的很多基本概念和力学理论知识都忘得差不多了，因而遇到有一定理论难度的问题可能很难下手，特别是对结果的分析，需要用到《材料力学》和《弹性力学》里面的知识进行理论上的判断，所以在这种情况下，复习一下《材料力学》，《弹性力学》和《塑性力学》，加深对基本概念的理解是非常有必要的，实际上，适当的复习并不要花很多时间，效果却很明显，不仅能勾起对已学知识的回忆，还能加深理解，使遇到的问题得到顺利的解决。同时，作为工科学生，我们还要加强自己的建模能力，有意识的去训练自己的建模思想和技巧，这就要求我们多做练习，反复训练才能熟练并理解的较为深刻，从而才能起到举一反三的功效。
再者，我们要多问问题多积累经验。学习ANSYS的过程实际上是一个不断解决问题的过程，问题遇到的越多，解决的越多，实际运用ANNSYS的能力才会越高。对于初学者，必将会遇到许许多多的问题，对遇到的问题最好能记下来，认真思考，逐个解决，积累经验。只有这样才会印象深刻，避免以后犯类似的错误，即使遇到也能很快解决。
通过这次毕业设计，我熟悉了ANSYS 操作步骤，从定义单元类型到建模到结果分析，有了明确的思路和整体的认识。了解了一般问题进行ANSYS求解的步骤方法。而且，我还认识到不同的工程问题，ANSYS 在定义时是根据实际情况定义的，没有固定的方式、方法。
致谢
在这次毕业设计中，我有很多收获，首先把我几年来所学的知识做了一次系统的复习，更深一步了解了所学的知识，培养了我综合运用所学知识，独立分析问题和解决问题的能力，也使我学会怎样更好的利用图书馆，网络查找资料和运用资料，还使我学会如何与同学共同讨论问题。这对我以后的工作有很大的帮助,今后我会在工作中不断的学习,努力的提高自己的水平。经过本次设计，我切实体会到作为一个优秀的设计人员的艰难性。在设计过程中，我经常遇到各种各样的问题，有的是知识方面的不足导致的，有的是设计经验方面不足导致的。这些问题有时使得我束手无措，不过在指导老师帮助和自己的努力下，终于使得我顺利完成了设计。
虽然我的设计存在很多不足的地方，但在这一个多月的时间里，我学到了很多有用的知识，也积累了一定的设计经验，这些对于我即将要走向社会工作岗位，将起到很关键的作用。
在此衷心感谢学校、学院各位老师4年来给我的教育和培养，特别要感谢老师在我的毕业设计期间给予的诸多指导。
目录 中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 1 绪论 (3) 2 试验模态分析 (5) 2.1模态试验理论 (5) 2.2试验测试系统组成 (6) 3 模态参数识别方法 (7) 3.1模态参数识别主要方法 (7) 3.2最小二乘复频域法 (9) 3.2.1最小二乘复频域法简介 (9) 3.2.2系统模型的确定 (9) 4 白车身模态试验 (10) 4.1白车身参数 (10) 4.2试验结构的支撑方式 (10) 4.3传感器的选择及布置原则 (12) 4.4激励系统 (13) 4.4.1激励方式 (13) 4.4.2振动激励源的选择和比较 (14) 4.4.3设备传感器 (15) 4.5试验测试系统检验 (16) 5 试验测试结果及分析 (21) 5.1稳态图 (21) 5.2模态频率与阻尼比 (23) 5.3模态振型 (24) 5.4模态试验的有效性 (26) 6 有限元分析结果与试验结果对比 (30) 结论 (33) 谢辞 (34) 参考文献 (35)
白车身模态试验方法研究 摘要：本文的目的在于研究模态分析参数识别不同方法之间的优缺点，重点是PolyMAX法和时域分析法之间的对比，以研究通过何种方法才能获得精 确地实验数据。为此本文分别采用多参考最小二乘复频域（PolyMAX） 法和时域分析法对结构模态参数进行识别，得到白车身各阶的模态图、 模态频率和振型并采用模态置信判据法(MAC)验证试验结果，比较二者 之间的优缺点，从而发现PolyMAX能提供比时域法法更多的稳定极点 并且有一个清晰地图标，确保一个用户独立和简洁明了的解释，大量简 化了鉴别过程。为进一步验证PolyMAX法的准确性，将PolyMAX分析 结果与有限元分析相对比，发现两者具有相当高的一致性。因此，本文 认为在白车身模态试验中PolyMAX法是最佳的试验模态分析方法。 关键词：白车身模态试验分析方法MIMO PolyMAX 1
DHMA实验模态分析系统的概述 江苏东华测试技术有限公司推出的“DHMA实验模态分析系统”, 从激励信号、传感器、适调器、数据采集和分析软件到实验报告的生成,构成了完整的进行实验模态分析的硬件和软件条件。专业的技术培训,保证了用户可靠、准确、合理的使用本系统。 DHMA实验模态分析系统汇集了公司多年来硬件、软件研发经验，和广大用户对实验模态分析系统的改进意见，参考国内外实验模态分析领域专家学者的研究成果和指导意见，功能强大，特点鲜明：采用内嵌专业知识的软件模式，即使是非专业的用户也可以成功地进行模态实验；内嵌的工作流程保证符合质量标准的重复实验过程；强大的模态参数提取技术保证了高质量、不受操作者经验多寡的影响，即使对模态高度密集或阻尼很大的结构也游刃有余。 汽车白车身现场图片
汽车白车身一阶振型 针对不同实验对象的特点，本公司提供了三种具体的解决方案，满足了大多数用户的需求： 方案一：不测力法(环境激励)实验模态分析系统 不测力法实验模态分析（OMA）可用于对桥梁及大型建筑、运行状态的机械设备或不易实现人工激励的结构进行结构特性的动态实验。仅利用实测的时域响应数据，通过一定的系统建模和曲线拟合的方法识别结构的模态参数。桥梁及大型建筑、运行状态下的机械设备等不易实现人工激励的结构均可采用不测力法来进行实验模态分析。
方案二：锤击激励法实验模态分析系统 DHMA实验模态分析系统可以提供用户完整的锤击激励法实验模态分析完整的解决方案，是对被测结构用带力传感器的力锤施加一个已知的输入力，测量结构各点的响应，利用软件的频响函数分析模块计算得到各点频响函数数据。利用频响函数，通过一定的模态参数识别方法得到结构的模态参数。锤击激励法实验模态分析可分为单点激励法和单点拾振法。
模态分析技术的发展现状综述 摘要：本文首先系统的介绍了模态分析的定义，并以模态分析技术的理论为基础，查阅了大量的文献和资料后，介绍了三种模态分析技术在各领域的应用，以及国内外对于结构模态分析技术研究的发展现状，分析并总结三种模态分析技术的特点与发展前景。 关键词：模态分析技术发展现状 Modality Analysis Technology Development Present Situation Summary Abstract：This article first systematic introduction the definition of modality analysis,and based on modal analysis theory,after has consulted the massive literature and the material.Introduced application about three kind of modality analysis technology in various domains. At home and abroad, the structural modal analysis technology research and development status quo.Analyzes and summarizes three kind of modality analysis technology characteristic and the prospects for development. Key words：Modality analysis Technology Development status 0 引言 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。模态分析的过程如果是由有限元计算的方法完成的，则称为计算模态分析;如果是通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别来获得模态参数的，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故障诊断的重要方法。 1 数值模态分析的发展现状 数值模态分析主要采用有限元法，它是将弹性结构离散化为有限数量的具体质量、弹性特性单元后，在计算机上作数学运算的理论计算方法。它的优点是可以在结构设计之初，根据有限元分析结果，便预知产品的动态性能，可以在产品试制出来之前预估振动、噪声的强度和其他动态问题，并可改变结构形状以消除或抑制这些问题。只要能够正确显示出包含边界条件在内的机械振动模型，就可以通过计算机改变机械尺寸的形状细节。有限元法的不足是计算繁杂，耗资费时。这种方法，除要求计算者有熟练的技巧与经验外，有些参数(如阻尼、结合面特征等)目前尚无法定值，并且利用有限元法计算得到的结果，只能是一个近似值。 正因如此，大多数数学模拟的结构，在试制阶段常应做全尺寸样机的动态试验，以验证计算的可靠程度并补充理论计算的不足，特别对一些重要的或涉及人身安全的结构，就更是如此。 70 年代以来，由于数字计算机的广泛应用、数字信号处理技术以及系统辨识方法的发展 , 使结构模态试验技术和模态参数辨识方法有了较大进展，所获得的数据将促进产品性能的改进、更新[1] 。在硬件上，国外许多厂家研制成功各种类型的以FFT和
全面讲解ANSYS高速旋转轮盘模态分析讲解 高速旋转轮盘模态分析 在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出其固有频率和相应的模态振型。通过合理的设计使其工作转速尽量远离转子系统的固有频率。而对于高速部件，工作时由于受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定的变化。为此 ，在进行模态分析时需要考虑离心力的影响。我通过该例子学习到了如何用ANSYS进行有预应力的结构的模态分析。 一．例子描述 本例子是对某高速旋转轮盘进行考虑离心载荷引起的预应力的模态分析，求解出该轮盘的 前10阶固有频率及其对应的模态振型。轮盘截面形状如图1所示，该轮盘安装在某转轴上以120 00转/分的速度高速旋转。相关参数为：弹性模量EX＝2.1E5Mpa，泊松比PRXY＝0.3，密度DE NS＝7.8E-9T/mm3。 图1、轮盘截面图 1-5关键点坐标： 1(-10, 150, 0) 2(-10, 140, 0) 3(-3, 140, 0) 4(-4, 55, 0)
5(-15, 40, 0) L=15 RS=5 二．A nsys求解的具体步骤 1.启动ansys，定义工作名、工作标题 ①定义工作名：Example of dynamic ②工作标题：dynamic analysis of a disc 2、选择单元类型 本例将选用六面体结构实体单元来分析，但在建模过程中需要使用四边形平面单元，所有需要定义两种单元类型：PLANE42和SOLID45，设置完成后，如图2，在Element Types (单元类型定义)对话框的列表框中将会列出刚定义的两种单元类型：PLANE42、 SOLID45， 图2、定义单元类型 3、设置材料属性 由于要进行的是考虑离心力引起的预应力作用下的轮盘的模态分析，材料的弹性模量EX 和密度DENS必须定义。 ①定义材料的弹性模量EX 弹性模量 EX＝2.1E5 泊松比 PRXY＝0.3 ②定义材料的密度DENS DENS =7.8E-9 4、建立实体模型 对于本实例的有限元模型，首先需要建立轮盘的截面几何模型，然后对其进行网格划分，最后通过截面的有限元网格扫描出整个轮盘的有限元模型。具体的操作过程如下。
毕业论文中期报告 一，预期目标 理论知识：1，了解网架结构的特点，并学习网架结构的计算与设计研究方法； 2，学习网架结构的静力分析方法。按照《建筑结构荷载规范》及设计规范取值，计算时考虑各项荷载及其组合，并根据组合确定几种最大影响工况，然后用ansys分析最不利情况，考察最不利情况是否满足《网架结构设计与施工规程》； 3，学习网架结构的动力特性分析。动力特性分析只作模态分析和随机振动谱分析。，模态分析理论是基础，它主要用于计算模型固有模态的两个基本参数：固有频率和模态振型。随机振动谱分析是一种将模态分析结果和已知谱联系起来，然后计算模型位移和应力的分析技术，主要用于模型在确定载荷或随机载荷作用下，获得结构的响应情况。 软件应用：1，学习有限元软件ansys的基本操作，并针对以前学习中出现的问题作补充 学习； 2，学习ansys自带的参数化设计语言APDL; 3，空间网架结构的参数化建模。 二，开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果 自开题以来，按照开题报告所作的安排，陆续学习了相关知识，包括：网架结构的特点，计算与设计研究方法等，网架结构的静力分析方法，动力特性分析方法等。 另外，在学习理论知识的同时，也开始了有限元软件ansys的学习，主要是一些基本的理论知识，操作方法，了解一些在本论文应用中可能存在的问题。 三，存在的具体问题 1，涉及到的动力特性分析，比初始考虑的问题要复杂，因而加重了这一块学习的任务，到目前为止，有些问题依然比较模糊。 2，网架结构的参数化建模。由于APDL语言学习的水平所限，现在参数化建模没有完成，可能会影响到后期的进程。 四，下一步工作具体设想与安排 1，继续熟悉网架结构动力特性分析的理论知识，清晰化前期的模糊概念等内容； 2，加强APDL语言的学习，并强化编程能力，争取尽早完成网架结构的参数化建模； 3，参数化建模完成之后，加快速度做结构的静力特性分析，动力特性分析等； 4，完成毕业论文的撰写、修改、完稿等相关工作； 根据需要，随时补充学习相关的知识。精品文档5，
振动测试理论和方法综述 摘要:振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象。在长期的科学研究和工程实践中，已逐步形成了一门较完整的振动工程学科，可供进行理论计算和分析。随着现代工业和现代科学技术的发展，对各种仪器设备提出了低振级和低噪声的要求，以及对主要生产过程或重要设备进行监测、诊断，对工作环境进行控制等等。这些都离不开振动的测量。振动测试技术在工业生产中起着十分重要的作用，为此设计和制造高效的振动测试系统便成为测试技术的重要内容。本文概述了振动测试的发展历程，总结和分析了振动测试系统的基本组成和应用理论，列举了几种机械振动测试系统的类型。最后分析了振动测试系统的几个发展趋势。 关键词：振动测试；振动测试系统；测试技术；激振测试系统 1.引言 振动问题广泛存在于生活和生产当中。建筑物、机器等在内界或者外界的激励下就会产生振动。而机械振动常常会破坏机械的正常工作，甚至会降低机械的使用寿命并对机器造成不可逆的损坏。多数的机械振动是有害的。因而对振动的研究不仅有利于改善人们的生活环境和生活水平，也有助于提高机械设备的使用寿命，提高人们的生产效率。正因如此振动测试在生产和科研等多方面都有着十分重要的地位[1]。为了控制振动，将振动给人们带来的危害降至最低，就需要我们了解振动的特性和规律，对振动进行测试和研究。振动测试应运而生。 振动测试有着较为长久的发展历史，是与人类社会的发展有着紧密的联系。随着计算机技术和相关高科技技术的问世和发展，振动测试系统也有了飞跃性的发展。振动测试系统从最早的简单机械设备的应用到如今的先进的计算机技术和设备的应用。从刚开始的检测人员的耳朵来进行测量、判断和计算出大概的故障点的原始方法到现在的计算机控制、存储、处理数据的处理[2]，无不体现出振动测试系统的长足发展和飞跃式的进步。与此同时，振动测试在理论方面也有了长足的发展，1656 年惠更斯首次提出物理摆的理论并且创造出了单摆机械钟到现今的自动控制原理和计算机的日趋完善，人们对机械振动分析的研究已日趋成熟。而伴随着振动测试系统的进步和日臻成熟，其在国民的日常生活和生产中所扮演的角色也愈发的重要。 2.振动测试与分析系统（TDM）的发展
模态分析步骤 第1步：载入模型 Plot>Volumes 第2步：指定分析标题并设置分析范畴 1 设置标题等Utility Menu>File>Change Title Utility Menu>File> Change Jobname Utility Menu>File>Change Directory 2 选取菜单途径 Main Menu>Preference ,单击 Structure,单击OK 第3步：定义单元类型 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,出现Element Types对话框,单击Add出现Library of Element Types 对话框,选择Structural Solid,再右滚动栏选择Brick 20node 95,然后单击OK，单击Element Types对话框中的Close按钮就完成这项设置了。 第4步：指定材料性能 选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models。出现Define Material Model Behavior对话框,在右侧Structural>Linear>Elastic>Isotropic,指定材料的弹性模量和泊松系数，Structural>Density指定材料的密度，完成后退出即可。 第5步：划分网格 选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,出
现MeshTool对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize,下面可选择网格的相对大小（太小的计算比较复杂，不一定能产生好的效果，一般做两三组进行比较），保留其他选项，单击Mesh出现Mesh Volumes对话框，其他保持不变单击Pick All，完成网格划分。 第6步：进入求解器并指定分析类型和选项 选取菜单途径Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，将出现New Analysis对话框,选择Modal单击 OK。 选取Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options，将出现Modal Analysis 对话框，选中Subspace模态提取法，在 Number of modes to extract处输入相应的值（一般为5或10，如果想要看更多的可以选择相应的数字），单击OK，出现Subspace Model Analysis对话框，选择频率的起始值，其他保持不变，单击OK。 第7步：施加边界条件. 选取Main Menu>Solution>Define loads>Apply>Structural>Displacement,出现ApplyU,ROT on KPS对话框，选择在点、线或面上施加位移约束,单击OK会打开约束种类对话框，选择（All DOF,UX,UY,UZ）相应的约束,单击apply或OK即可。第8步：指定要扩展的模态数。选取菜单途径Main Menu>Solution>Load Step Opts>ExpansionPass>Expand Modes,出现Expand Modes对话框,在number of modes to expand 处输入第6步相应的数字，单击 OK即可。（当选取Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options，将出现Modal Analysis 对话框，选中Subspace模态提取法，在 Number of modes to extract处输入相应
压电变换器的自振频率分析及详细过程 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
试验模态分析的两种方法 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。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。模态分析最终目标在是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。 试验模态分析主要有以下两种方法,OROS模态分析软件MODEL 2 完全具备了这两种常用的模态方 法。 锤击法模态测试 用于满足锤击法结构模态试验，以简明、直观的方法测量和处理输入力和响应数据，并显示结果。提供两种锤击方法：固定敲击点移动响应点和固定响应点移动敲击点。用力锤来激励结构，同时进行加速度和力信号的采集和处理，实时得到结构的传递函数矩阵。能够方便地设置测量参数，如触发量级、测量带宽和加窗类型，同时对最优的设置提供建议指导。 激振器法模态测试 主要是通过分析仪输出信号源来控制激振器，激励被测试件，输出信号有先进扫频正弦，随机噪声，正弦，调频脉冲等信号。支持单点激励（SIMO）与多点同时激励法(MIMO)。 1）几何建模 结构线架模型生成，节点数和部件数没有限制，测量点DOF自动加到通道标示；建立几何模型，以3维方式显示测量和分析结果。结构模型可以作为单个部件的装配，及采用不同的坐标系（直角、圆柱、球体坐标系），要求除点的定义外，还可定义线和面，真实的显示试验结构。结构线架模型生成，节点数和部件数没有限制，测量点自由度自动加到通道标示。
“蓝·创未来”广告是2010年北京国际车展上大众汽车倾力打造的一幅环保广告，当时从车展现场到北京大街小巷的候车亭里都贴满了这幅广告。选择该广告作为个案研究对象的原因有三：第一，这则广告尽管构图非常简单，却具备了语言、图形和颜色三个模态；第二，这幅广告的独特之处在于，颜色模态居于主导地位，而非语言或图像模态；第三，这幅广告具有鲜明的时代意义。从2009年底的哥本哈根世界气候峰会到国家战略性新兴产业规划①的出台，从“十二·五”规划到2011年9月6日胡锦涛主席在首届亚太经合组织林业部长级会议上发表的题为《加强区域合作实现绿色增长》的致辞，都反映了我国政府实现节能减排、低碳环保、绿色经济的强大决心和战略部署。而我国汽车业也进入了开发新能源、打造新能源汽车的历史阶段。所以这则广告非常契合目前中国大力倡导绿色经济的国家战略，是很有代表性的现代环保广告，内容洗练，留给人们很大的想象和思考空间。 大众汽车集团（中国）总裁兼CEO范安德博士向记者介绍大众汽车品牌“Think Blue （蓝·创未来）”的理念 一、多模态和多元识读概念的产生以及目前大学生多元识读能力现状的调查 随着科学技术的进步和社会生活的日益丰富多彩，人与人之间的交流方式正在发生着巨大变化。在公共交流的很多方面，我们可以深深感受到语言符号以及其他传统习惯中被人们认为是副语言的图像、音乐、颜色等，越来越多地处于突出、甚至是一种优势和中心的地位（韦琴红，2009）。作为单一模态的语言为主导的交流时代已经发展到了多模态交流的时代。然而，丰富多彩的符号资源是如何参与意义构建（meaning making）的、符号系统之间存在何种关系、人们如何解读充满多元符号系统的文本或其他载体，这些亟待解决的问题于20世纪90年代催生了一个新的研究领域——多模态话语分析（multimodal discourse analysis）。基于此，多元识读能力的概念也就应运而生。多元识读能力（multiliteracy），也称多模态识读能力，是新伦敦小组（New London Group）于2000年提出的概念，指具有能阅读所能接触到的各种媒体和模态的信息，并能循此产生相应的材料，如阅读互联网或互动的多媒体。Spiliotopoulos对多元识读有更宽广的视野，认为它指人们能从多种信息传递和信息网络理解各种模态的语篇，能发展批评性思维的技能，能与他人合作并帮助他们发展跨文化意识。根据现有材料，多元识读能力是多层次的，其中最高层次的能力要求参与者不仅能识读语篇信息，能解释符号和图像，利用多媒体和其他技术工具，如互联网，实现意义构建、学习和与他人互动（胡壮麟，2007；韦琴红，2009）。 多模态话语分析的概念和理论研究还处于初始阶段，国内外只有少数专家、学者从事该领域的研究。目前，人们多元识读的意识还几乎没有建立起来。然而，对于担当未来社会文化传播主力军的大学生而言，进行多元识读能力的培养有着非常重要的现实意义和时代意义。 为此，笔者选取了“2010北京国际车展”的大众汽车“蓝·创未来”环保广告为研究个案，以问卷调查和访谈的形式调查了北京部分高校不同年级的近200名本科生，尤其是英语专业本科生，了解其多元识读意识和能力。根据调查和访谈结果，笔者对大学生对该则广告解读的情况进行了总结： 1.大约92%的学生都能解读出蓝色代表海洋、天空，象征着清洁、环保的未来。这也说明颜色在这则广告中发挥的重要作用。 2.只有大约2%的学生，提及了广告把文字和颜色结合了起来，能够想到“Think”表示行动，广告要求大家用环保的思维方式去思考，然后行动，还世界一片蓝天。 3.大约3%的学生认为这则广告中的蓝色代表自由，目的是激起人们自由弛骋的想象，这是对广告的错误解读。 4.还有大约3%的学生提出，这则广告信息量太少，如果教师不提示是大众汽车的广告，
第一章概述 1.1课题研究的背景及意义 机床是现代制造技术的工作母机，在某种意义上，一个国家机床设计和制造水平的高低，决定着这个国家整个制造业水平的高低。在信息革命的推动下，现代工业技术发展迅猛。近年来，各国在信息工业，航空航天工业，军事工业，电子工业，能源工业等领域竞争日益激烈。随着这些高科技领域日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化的方向发展，对机床的要求也越来越高。现代机床正向高速、大功率、高精度的方向发展。随着机床向高速度、大功率和高精度方向的发展，除了要求机床重量轻、成本低、使用方便和具有良好的工艺性能以外，而着重要求机床具有愈来愈高的加工性能。而机床的加工性能又与其动态特性紧密相关。事实表明，随着机床的加工精度的不断提高，对机床动态特性的要求也愈来愈高。 多年来，由于受到理论分析和测试实验手段落后的限制，机床结构的设计计算主要沿用传统的结构强度为主的设计方法。传统设计方法主要是保证刀具和工件间具有一定的相对运动关系和满足机床几何精度要求，采用经验和类比的方法进行，设计的主要依据是静刚度和静强度，对机床的动态性能考虑较少。在利用传统方法进行机床结构的设计计算时，因为不能准确地把握机床结构与其动态特性之间量的关系，所以结构设计的结果常常是以较大的安全系数加强机床结构。这样的设计方法容易导致机床结构尺寸和重量的加大;其结果一则不能很好发挥材料的潜力，二来机床结构的动态性能也不会有根本的改进提高。所以，后来科研工作者对机床的动态特性、切削稳定性进行了大量的研究工作，最初是以实物或模型为基础，进行机床性能试验，从中发现规律，分析影响机床动态性能的主要原因，寻求解决问题的方法，处于弄清机理，说明现象的定性阶段。从二十世纪六十年代中期以来，由于计算机技术、振动理论和结构动力学理论等的发展，为机床的动态性能研究提供了坚实的理论基础和先进的测试手段，使研究进入一个全新的计算机辅助分析和优化设计的定量研究阶段，系统地建立了机床动态特性的研究理论，达到了一定的实用程度，并在不断地深化和发展。1.2我国基础件现状 基础件是机床的重要组成部分。我的国对机械基础件在机械工业中的重要地位认识较晚，长期投入乏力，致使整个行业基础差、底子薄、实力弱。随着我国主机水平的提高，机械基础件落后于主机的瓶颈现象日益显现。近年来，虽然在技术引进、技术改造、科研开发等方面，国家给予了一定的支持，但与当前市场需求及国外水平相比，仍有不少差距。具体表现在以下几个方面： 一、产品品种少，水平低，质量不稳定，早期故障率高，可靠性差。我国机械基础件产品品种、规格少，特别是高档产品差距较大，不能满足主机日益发展的需求。目前，各类主机基础件的性能指标大体相当于国外20世纪80年代水平。质量不稳定，早期故障率高，可靠性差，是基础件的致命弱点。因此，不少主机厂为提高其主机的市场竞争力，往往选择进口基础件配套。因而，国产基础件，特别是技术含量较低的产品，国内市场占有率在明显下降。虽然基础件产品出口有明显优势，但主要是劳动密集型产品，数量大，价值低，技术附加值不高。 二、重复建设严重，专业化程度低，形不成规模，经济效益差。机械基础件与主机相比，企业建立的初始资金和技术所需投入相对较少，因此在国家几次经济大发展时期，都增加了一批基础件生产企业。行业中已呈现大量的低水平重复建设，点多、批量小，形不成经济规模。基础件企业虽然逐渐独立于主机厂，但大多数企业本身就是“大而全”、“小而全”，专业化程度低，装备水平不高，质量不稳定，经济效益低下。例如，轴承行业哈轴、瓦轴、洛轴三家大型骨干企业年产轴承的总和还不到国外一家著名公司的50％，现在全国轴承厂
环境振动下模态参数识别方法综述 摘要：模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统识别方法在工程振动领域中的应用。环境振动是一种天然的激励方式，环境振动下结构模态参数识别就是直接利用自然环境激励，仅根据系统的响应进行模态参数识别的方法。与传统模态识别方法相比，具有显著的优点。本文主要是做了环境振动下模态识别方法的一个综述报告。 关键词：环境振动模态识别综述 Abstract: The modal analysis is the study of structural dynamic characteristics of a modern method that is vibration system identification methods in engineering applications in the field. Ambient vibration is a natural way of incentives, under ambient vibration modal parameter identification is the direct use of the natural environment, incentives, based only on the response of the system for modal parameter identification method. With the traditional modal identification methods, has significant advantages. This paper is a summary report of the environmental vibration modal identification method. Keywords: Ambient vibration ；modal parameters ；Review 随着我国交通运输事业的发展，各种形式的大、中型桥梁不断涌现，由于大型桥梁结构具有结构尺大、造型复杂、不易人工激励、容易受到环境影响、自振频率较低等特点，传统模态参数识别技术在应用上的局限性越来越突出。传统的振动试验采用重振动器或落锤激励桥梁，需要投入大量人力和试验设备，激励成本增高，难度大，而且对于桥梁这样的大型复杂结构，激励(输入)往往很难测得，也不适合长期监测的实验模态分析。 环境振动是指振幅很小的环境地面运动。系由天然的和（或）人为的原因所造成，例如风、海浪、交通干扰或机械振动等，受激结构的振幅较小，但响应涵盖频率丰富。系统或者结构的模态参数包括：模态频率、模态阻尼、模态振型等。模态参数识别是系统识别的一部分，通过模态参数的识别可以了解系统或结构的动力学特性，这些动力特性可以作为结构有限元模型修正、故障诊断、结构实时监测的评定标准和基础。环境振动下的模态参数识别就是利用自然环境激励，根据结构的动
模态分析意义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，则称为计算模态分析；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。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形数据。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
河南科技学院 2013届本科毕业论文（设计） 论文题目：基于ANSYS的轴承座的模态分析 学生姓名：刘x 所在院系：机电学院 所学专业：机械设计及其自动化 导师姓名： 完成时间：2013年5月8日
摘要 轴承座在机械生产中很常见，在各类机器、机构中都有它存在的身影，由于轴承座本身结构并不是太复杂，所以本文并没有借助其他类型的三维软件建模，而是在ANSYS环境下建立的模型。轴承座的受力主要是分布在轴承孔圆周上，还有轴承孔的下半部分的径向压力载荷。为了提高结构的抗振性，本文借助于ANSYS软件强大的模态分析功能，运用ANSYS软件建立了轴承座的三维模型，并对轴承座进行模态分析，并给出前20阶的固有频率和振型，以此来指导结构的优化设计[1]。 关键字：轴承座，模态分析，有限元，ANSYS Abstract Bearing seat is common in the machinery manufacturing, it exists in all kinds of machine, figure, because the bearing seat structure itself is not too complicated, so this article does not use other types of 3 d software modeling, but established under ANSYS environment model. Stress is mainly distributed in the bearing hole of the bearing on the circumference of a circle, and the bearing hole of the bottom half of the radial pressure load. In order to improve the vibration resistance of structure, in this paper, with the aid of powerful modal analysis function of ANSYS software, and the 3 d model of the bearing was established by applying the ANSYS software, and the modal analysis was carried out on the bearing seat, and give the top 20 order natural frequency and vibration mode, in order to guide the optimization design of structure. Keywords: bearing seat，modal analysis，finite element ，ANSYS
各种模态分析方法总结与比较 一、模态分析 模态分析是计算或试验分析固有频率、阻尼比和模态振型这些模态参数的过程。 模态分析的理论经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。 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。二、各模态分析方法的总结
（一）单自由度法 一般来说，一个系统的动态响应是它的若干阶模态振型的叠加。但是如果假定在给定的频带内只有一个模态是重要的，那么该模态的参数可以单独确定。以这个假定为根据的模态参数识别方法叫做单自由度(SDOF)法n1。在给定的频带范围内，结构的动态特性的时域表达表示近似为： ()[]}{}{T R R t r Q e t h r ψψλ= 2-1 而频域表示则近似为： ()[]}}{ {()[]2ωλωψψωLR UR j Q j h r t r r r -+-= 2-2 单自由度系统是一种很快速的方法，几乎不需要什么计算时间和计算机内存。 这种单自由度的假定只有当系统的各阶模态能够很好解耦时才是正确的。然而实际情况通常并不是这样的，所以就需要用包含若干模态的模型对测得的数据进行近似，同时识别这些参数的模态，就是所谓的多自由度(MDOF)法。 单自由度算法运算速度很快，几乎不需要什么计算和计算机内存，因此在当前小型二通道或四通道傅立叶分析仪中，都把这种方法做成内置选项。然而随着计算机的发展，内存不断扩大，计算速度越来越快，在大多数实际应用中，单自由度方法已经让位给更加复杂的多自由度方法。 1、峰值检测 峰值检测是一种单自由度方法，它是频域中的模态模型为根据对系统极点进行局部估计(固有频率和阻尼)。峰值检测方法基于这样的事实：在固有频率附近，频响函数通过自己的极值，此时其实部为零(同相部分最
模态分析步骤 第1步： 载入模型Plot>Volumes 第2步： 指定分析标题并设置分析范畴 1设置标题等Utility Menu>File>Change Title Utility Menu>File> Change Jobname Utility Menu>File>Change Directory 2选取菜单途径MainMenu>Preference ,单击Structure,单击OK第3步： 定义单元类型 MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,出现Element Types 对话框,单击Add出现Library of Element Types对话框,选择Structural Solid,再右滚动栏选择Brick 20node 95,然后单击OK，单击Element Types对话框中的Close 按钮就完成这项设置了。 第4步： 指定材料性能 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels。出现DefineMaterialModelBehavior对话框,在右侧Structural>Linear>Elastic>Isotropic,指定材料的弹性模量和泊松系数，Structural>Density指定材料的密度，完成后退出即可。 第5步： 划分网格
选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,出现MeshTool 对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize,下面可选择网格的相对大小（太小的计算比较复杂，不一定能产生好的效果，一般做两三组进行比较），保留其他选项，单击Mesh出现Mesh Volumes对话框，其他保持不变单击Pick All，完成网格划分。 第6步： 进入求解器并指定分析类型和选项 选取菜单途径Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，将出现New Analysis对话框,选择Modal单击OK。 选取Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options，将出现Modal Analysis对话框，选中Subspace模态提取法，在Number ofmodes to extract处输入相应的值（一般为5或10，如果想要看更多的可以选择相应的数字），单击OK，出现Subspace Model Analysis对话框，选择频率的起始值，其他保持不变，单击OK。 第7步： 施加边界条件.选取 MainMenu>Solution>Defineloads>Apply>Structural>Displacement,出现 ApplyU,ROTonKPS对话框，选择在点、线或面上施加位移约束,单击OK会打开约束种类对话框，选择（AllDOF,UX,UY,UZ）相应的约束,单击apply或OK即可。 第8步： 指定要扩展的模态数。选取菜单途径 MainMenu>Solution>LoadStepOpts>ExpansionPass>ExpandModes,出现Expand Modes对话框,在number of modes to expand处输入第6步相应的数字，单击OK 即可。（当选取MainMenu>Solution>AnalysisType>AnalysisOptions，将出现ModalAnalysis对话框，选中Subspace模态提取法，在Number of modes to extract处输入相应的值（一般为5或10，如果想要看更多的可以选择相应的数字），同时选择number of modes to expand输入相应值时，这步可以省略）