ANSYS中的模态分析与谐响应分析
- 格式:doc
- 大小:5.73 KB
- 文档页数:3
模态分析是分析结构的动力特性,与结构受什么样的荷载没有关系,只要给定了质量、弹性模量、泊松比等材料参数,并施加了边界约束就可以得到此状态下的各阶自振频率和振型(也称为模态)。
谐响应分析是分析结构在不同频率的简谐荷载作用下的动力响应,是与结构所受荷载相关的,只是结构所受荷载的都是简谐荷载,而且荷载频率的变化范围在谐响应分析时要给出来。
比如,在ANSYS谐响应分析中要给出这样的语句FK,3,FX,7071,7071 !指定点荷载的实部和虚部(或者幅值和相位角)HARFRQ,0,2.5, !指定荷载频率的变化范围,也就是说只分析结构所受频率从0到2.5HZ之间的荷载NSUBST,100, !指定频率从0到2.5之间分100步进行计算这样,结构所受的这个点荷载的表达式实际上是F=(7071+i*7071)*exp(i*omiga*t) !式中omiga从0到2.5*2*3.1415926变化分析得到结果是各点物理量随频率变化的,但物理量的值一般为复数,包括实部的虚部,这可以从后处理LIST结点值看出来。
个人认为进行谐响应分析并不一定要先进行模态分析(也叫振型分析、振型分解等),而直接进行谐响应分析后查看结构的物理量随频率变化曲线时也会看到在结构的自振频率处响应会放大(共振)。
如果已经进行过模态分析的话,会发现谐响应分析时的共振频率和模态分析提到的自振频率是一致的。
但有些时候模态分析中得到的有些频率在谐响应分析的频响曲线里可能很不明显。
因此,只能说在谐响应分析前进行一下模态分析可以对结构的自振特性有个了解,以便验证谐响应分析结果是否合理。
另外,谐响应分析应该是频域分析方法的一个部分。
对于相地震那样的时间过程线,直接进行时域分析(ANSYS里用暂态分析)可得到结构随时间的响应。
而如果进行频域分析,就应该通过傅立叶变换把时域地震曲线变为由多个简谐荷载的叠加,然后再以此简谐荷载做为谐响应分析时的荷载进行谐响应分析,最后再对谐响应分析得到的结果进行傅立叶逆变换得到时域的结果。
ANSYS谐响应分析ANSYS谐响应分析是一种常见的工程分析方法,适用于对结构、机械和电子系统的动态响应进行预测和优化。
在这种分析中,系统的响应将被建模为正弦或余弦函数的和,称为谐波。
通过分析系统在不同频率下的响应,可以确定系统的固有频率、振动模态和动态性能。
1.准备模型:首先,需要准备模型并进行几何建模。
这包括选择材料属性、定义边界条件和加载条件。
在谐响应分析中,通常使用静力加载来模拟系统振动的激励。
2.确定固有频率:在进行谐响应分析之前,需要确定系统的固有频率。
这可以通过进行模态分析来完成。
模态分析是一种分析方法,用于确定系统的固有频率和振型。
通过查看模态分析的结果,可以确定系统的响应频率范围。
3.设置谐振状态:在进行谐响应分析之前,需要明确要分析的振动频率范围。
这可以通过选择分析频率范围并设置振动荷载的频率来完成。
在ANSYS中,可以选择一个或多个分析频率,并设置载荷的相位和振幅。
4. 进行求解:在所有输入条件都设置好之后,可以开始运行谐响应分析。
在ANSYS中,可以使用ANSYS Mechanical或ANSYS Workbench等模块来进行求解。
系统的振动响应将在选择的频率范围内进行计算和分析。
5.结果分析:完成求解后,可以查看并分析计算结果。
ANSYS提供了丰富的后处理工具,用于可视化和分析分析结果。
可以查看系统的位移、速度、加速度和应力等响应结果,并通过其他参数来优化系统的设计。
谐响应分析在工程设计中具有重要的应用价值。
通过分析和优化系统的谐响应性能,可以改善结构的稳定性和可靠性。
例如,在建筑结构设计中,可以通过谐响应分析来确定楼层的固有频率和响应模态,从而减少振动和噪声的问题。
在机械系统设计中,可以通过谐响应分析来确定机械部件的振动模态,从而优化机械系统的可靠性和工作效率。
总之,ANSYS谐响应分析是一种重要的工程分析方法,可以用来预测和优化结构、机械和电子系统的动态响应。
谐响应分析可以通过ANSYS软件进行,通过明确振动频率范围和谐振状态,进行求解和结果分析,可以得到系统在不同频率下的振动响应和优化方案。
结构动力分析研究结构在动荷载作用的响应(如位移、应力、加速度等的时间历程),以确定结构的承载能力和动力特性等。
ANSYS动力分析方法有以下几种,现分别做简要介绍。
1.模态分析用模态分析可以确定设计中的结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)。
它也可以作为其他更详细的动力学分析的起点,例如瞬态动力学分析、谐响应分析、谱分析。
用模态分析可以确定一个结构的固有频率和振型。
固有频率和振型是承受动态荷载结构设计中的重要参数。
如果要进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析,固有频率和振型也是必要的。
ANSYS的模态分析是一线性分析,任何非线性特性(如塑性和接触单元)即使定义了也将忽略。
可进行有预应力模态分析、大变形静力分析后有预应力模态分析、循环对称结构的模态分析、有预应力的循环对称结构的模态分析、无阻尼和有阻尼结构的模态分析。
模态分析中模态的提取方法有七种,即分块兰索斯法、子空间迭代法、缩减法或凝聚法、PowerDynamics法、非对称法、阻尼法、QR阻尼法,缺省时采用分块兰索斯法。
2.谐响应分析任何持续的周期荷载将在结构中产生持续的周期响应(谐响应)。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性,从而使设计人员能够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。
谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化的荷载时的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)对频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应,并进一步观察频率对应的应力。
这种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)。
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。
模态分析是分析结构的动力特性,与结构受什么样的荷载没有关系,只要给定了质量、弹性模量、泊松比等材料参数,并施加了边界约束就可以得到此状态下的各阶自振频率和振型(也称为模态)。
谐响应分析是分析结构在不同频率的简谐荷载作用下的动力响应,是与结构所受荷载相关的,只是结构所受荷载的都是简谐荷载,而且荷载频率的变化范围在谐响应分析时要给出来。
比如,在ANSYS谐响应分析中要给出这样的语句FK,3,FX,7071,7071 !指定点荷载的实部和虚部(或者幅值和相位角)HARFRQ,0,2.5, !指定荷载频率的变化范围,也就是说只分析结构所受频率从0到2.5HZ之间的荷载NSUBST,100, !指定频率从0到2.5之间分100步进行计算这样,结构所受的这个点荷载的表达式实际上是F=(7071+i*7071)*exp(i*omiga*t) !式中omiga从0到2.5*2*3.1415926变化分析得到结果是各点物理量随频率变化的,但物理量的值一般为复数,包括实部的虚部,这可以从后处理LIST结点值看出来。
个人认为进行谐响应分析并不一定要先进行模态分析(也叫振型分析、振型分解等),而直接进行谐响应分析后查看结构的物理量随频率变化曲线时也会看到在结构的自振频率处响应会放大(共振)。
如果已经进行过模态分析的话,会发现谐响应分析时的共振频率和模态分析提到的自振频率是一致的。
但有些时候模态分析中得到的有些频率在谐响应分析的频响曲线里可能很不明显。
因此,只能说在谐响应分析前进行一下模态分析可以对结构的自振特性有个了解,以便验证谐响应分析结果是否合理。
另外,谐响应分析应该是频域分析方法的一个部分。
对于相地震那样的时间过程线,直接进行时域分析(ANSYS里用暂态分析)可得到结构随时间的响应。
而如果进行频域分析,就应该通过傅立叶变换把时域地震曲线变为由多个简谐荷载的叠加,然后再以此简谐荷载做为谐响应分析时的荷载进行谐响应分析,最后再对谐响应分析得到的结果进行傅立叶逆变换得到时域的结果。
ANSYSWorkbench正弦响应分析之详细版这是 ANSYS 工程实战第 42 篇文章问题描述:正弦分析选用的项目模块为谐响应分析(Harmonic Response),这里对谐响应分析的关键知识点和正弦分析具体分析步骤和方法进行了详细介绍。
1. 谐响应分析理论介绍1.1 谐响应分析的定义谐响应分析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。
1.2 谐响应分析的目的谐响应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对频率的曲线(如位移对频率曲线),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。
1.3 谐响应分析的输入条件谐响应分析的输入条件:相同频率的多种载荷。
1.4 谐响应分析的运算求解方法谐响应分析的运算求解方法包括完全法(Full)和模态叠加法(Mode Superposition)。
完全法是一种最简单的方法,不需要先进行模态分析,但求解更耗时,对于复杂结构,8核并行运算,一般计算时间在3h以上。
模态叠加法是 Workbench 谐响应计算的默认求解方法,从模态分析中叠加模态振型。
采用模态叠加法进行谐响应分析时,首先需要自动进行一次模态分析,虽然首先进行的是模态分析,但谐响应部分的求解仍然比完全法快的多。
一般对于复杂结构,8核并行运算,谐响应部分的计算时间小于0.5h。
2. 用完全法进行正弦分析的分析步骤及设置2.1 插入响应模块完全法进行正弦分析时直接将 Analysis Systems 下的 Harmonic Response 谐响应模块拉到项目管理区中或者直接引用项目管理区中模态分析的模型(Model),如图 1 所示。
图 1 插入响应模块2.2 三维模型导入及处理在 Inventor 软件中对行波管进行建模,经过模型干涉检查合格后,将建立好的模型生成stp 格式,导入到有限元软件ANSYS Workbench 中,行波管模型如图 2 所示,包括底板、包装件、电子枪、收集极和高频等组件。
模态分析是分析结构的动力特性,与结构受什么样的荷载没有关系,只要给定了质量、弹性模量、泊松比等材料参数,并施加了边界约束就可以得到此状态下的各阶自振频率和振型(也称为模态)。
谐响应分析是分析结构在不同频率的简谐荷载作用下的动力响应,是与结构所受荷载相关的,只是结构所受荷载的都是简谐荷载,而且荷载频率的变化范围在谐响应分析时要给出来。
比如,在ANSYS谐响应分析中要给出这样的语句FK,3,FX,7071,7071 !指定点荷载的实部和虚部(或者幅值和相位角)HARFRQ,0,2.5, !指定荷载频率的变化范围,也就是说只分析结构所受频率从0到2.5HZ之间的荷载NSUBST,100, !指定频率从0到2.5之间分100步进行计算这样,结构所受的这个点荷载的表达式实际上是F=(7071+i*7071)*exp(i*omiga*t) !式中omiga从0到2.5*2*3.1415926变化分析得到结果是各点物理量随频率变化的,但物理量的值一般为复数,包括实部的虚部,这可以从后处理LIST结点值看出来。
个人认为进行谐响应分析并不一定要先进行模态分析(也叫振型分析、振型分解等),而直接进行谐响应分析后查看结构的物理量随频率变化曲线时也会看到在结构的自振频率处响应会放大(共振)。
如果已经进行过模态分析的话,会发现谐响应分析时的共振频率和模态分析提到的自振频率是一致的。
但有些时候模态分析中得到的有些频率在谐响应分析的频响曲线里可能很不明显。
因此,只能说在谐响应分析前进行一下模态分析可以对结构的自振特性有个了解,以便验证谐响应分析结果是否合理。
另外,谐响应分析应该是频域分析方法的一个部分。
对于相地震那样的时间过程线,直接进行时域分析(ANSYS里用暂态分析)可得到结构随时间的响应。
而如果进行频域分析,就应该通过傅立叶变换把时域地震曲线变为由多个简谐荷载的叠加,然后再以此简谐荷载做为谐响应分析时的荷载进行谐响应分析,最后再对谐响应分析得到的结果进行傅立叶逆变换得到时域的结果。
ANSYS中的模态分析与谐响应分析模态分析是分析结构的动力特性,与结构受什么样的荷载没有关系,只要给定了质量、弹性模量、泊松比等材料参数,并施加了边界约束就可以得到此状态下的各阶自振频率和振型(也称为模态)。
谐响应分析是分析结构在不同频率的简谐荷载作用下的动力响应,是与结构所受荷载相关的,只是结构所受荷载的都是简谐荷载,而且荷载频率的变化范围在谐响应分析时要给出来。
比如,在ANSYS谐响应分析中要给出这样的语句FK,3,FX,7071,7071 !指定点荷载的实部和虚部(或者幅值和相位角)HARFRQ,0,2.5, !指定荷载频率的变化范围,也就是说只分析结构所受频率从0到2.5HZ之间的荷载NSUBST,100, !指定频率从0到2.5之间分100步进行计算这样,结构所受的这个点荷载的表达式实际上是F=(7071+i*7071)*exp(i*omiga*t) !式中omiga从0到2.5*2*3.1415926变化分析得到结果是各点物理量随频率变化的,但物理量的值一般为复数,包括实部的虚部,这可以从后处理LIST结点值看出来。
个人认为进行谐响应分析并不一定要先进行模态分析(也叫振型分析、振型分解等),而直接进行谐响应分析后查看结构的物理量随频率变化曲线时也会看到在结构的自振频率处响应会放大(共振)。
如果已经进行过模态分析的话,会发现谐响应分析时的共振频率和模态分析提到的自振频率是一致的。
但有些时候模态分析中得到的有些频率在谐响应分析的频响曲线里可能很不明显。
因此,只能说在谐响应分析前进行一下模态分析可以对结构的自振特性有个了解,以便验证谐响应分析结果是否合理。
另外,谐响应分析应该是频域分析方法的一个部分。
对于相地震那样的时间过程线,直接进行时域分析(ANSYS里用暂态分析)可得到结构随时间的响应。
而如果进行频域分析,就应该通过傅立叶变换把时域地震曲线变为由多个简谐荷载的叠加,然后再以此简谐荷载做为谐响应分析时的荷载进行谐响应分析,最后再对谐响应分析得到的结果进行傅立叶逆变换得到时域的结果。
Ansys模态叠加法谐响应分析模态叠加法谐响应分析hypermesh中ettypes:对于solid185单元,需设置单元选项k2=2,即采用增强应变公式方法。
这种方法可消除剪切锁定和体积锁定,虽然计算量较大,但可提高计算精度。
对于solid186单元,设置单元选项k2=1,即采用完全积分方法。
这种方法可消除沙漏模式,但应谨慎用于不可压缩材料(泊松比约为0.5)的模拟,否则可能导致体积锁定。
hypermesh中materials:一般单位采用mm,n,mpa,ton,s。
materialtype:mp;numberoftemp:1;在materialprop:ex杨氏模量,nuxy泊松比,dens密度,在c0栏中输入数值。
三维单元每个节点具备三个自由度,即为三个对应状态自由度。
因此约束的时候只需约束dof1,dof2和dof3.ansys:向ansys中导入.cdb文件以后,在菜单栏中plot――elements即可显示三维模型的单元。
谐积极响应分析师确认一个结构在未知频率的正弦(四极)载荷促进作用下的积极响应特性的技术。
输出:未知大小和频率的谐载荷(力、压力和胁迫加速度)或同一频率的多种载荷、力和加速度可以就是同相或相同相的。
表面载荷和体载荷的增益角度可以选定为零。
输出:每一个自由度上的谐位移,通常和施加的载荷不同相,也可以是其他多种导出量例如应力和应变等。
模态共振法(modalsuperpos’n):从前面的模态分析中获得各模态,再对除以系数的各模态议和,就是三种方法中最快的,但是首先必须展开模态分析。
模态分析:1.mainmenu>preference>structural,在disciplineoptions中点选h-method。
2.mainmenu>solution>analysistype>newanalysis点选modal3.mainmenu>solution>analysistype>analysisoptions通常采用blocklanczos方法。
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。
ANSYS谐响应分析谐响应分析是用于确定线性结构在受正弦载荷作用时的稳态响应,目的是计算出结构在几种频率下的响应,并得到响应随频率变化的曲线。
其输入为已知大小和频率的谐波载荷(力、压力和强迫位移);同一频率的多种载荷,可以是相同或不相同的。
其输出为每一个自由度上的谐位移,通常和施加的载荷不同;或其它多种导出量,例如应力和应变等。
谐响应分析能预测结构的持续动力特性,从而验证设计能否成功地克服共振、疲劳,以及其他受迫振动引起的不良影响。
同时,通过谐响应分析可以用来探测共振响应;可以确定一个给定的结构能否能经受住不同频率的各种正弦载荷(例如:以不同速度运行的发动机)。
谐响应分析有三种求解方法:完整法、缩减法及模态叠加法。
三种方法都有其相应的适用条件。
这里主要介绍模态叠加法。
模态叠加法是通过对模态分析得到的振型乘上因子并求和计算出结构的响应,是所有求解方法中最快的。
使用何种模态提取方法主要取决于模型大小和具体的应用场合。
模态叠加法可以使解按结构的固有频率聚集,可产生更平滑且更精确的响应曲线图,同时可以包含预应力效果。
(对于机械结构来看,预应力含义为预先使其产生应力,其好处是可以提高构造本身刚性,减少振动和弹性变形,改善受拉模块的弹性强度,提高结构的抗性。
)有预应力的谐响应分析可用缩减法和模态叠加法进行。
对于有预应力的谐响应分析,为了在模态叠加法谐响应分析中包含预应力效果,必须首先进行有预应力的模态分析。
在完成了有预应力模态分析后,就可以像一般的模态叠加法那样进行分析了。
而对于对于有预应力的模态分析,由于结构预应力会改变结构的刚性,因此预应力结构模态分析是结构设计中必须考虑的因素。
预应力模态分析步奏与常规模态分析大致相同,其差别在于:(1)先对造成预应力的外力进行静力分析;(2)在静力分析和模态求解中打开PSTRES,on命令,表示考虑了预应力效应。
模态叠加法进行谐响应分析的步骤如下:一、建模1)只能用线性的单元和材料,忽略各种非线性的性质。
ANSYS中的模态分析与谐响应分析
作者:未知时间:2010-4-15 8:59:49 模态分析是分析结构的动力特性,与结构受什么样的荷载没有关系,只要给定了质量、弹性模量、泊松比等材料参数,并施加了边界约束就可以得到此状态下的各阶自振频率和振型(也称为模态)。
谐响应分析是分析结构在不同频率的简谐荷载作用下的动力响应,是与结构所受荷载相关的,只是结构所受荷载的都是简谐荷载,而且荷载频率的变化范围在谐响应分析时要给出来。
比如,在ANSYS谐响应分析中要给出这样的语句
FK,3,FX,7071,7071 !指定点荷载的实部和虚部(或者幅值和相位角)
HARFRQ,0,2.5, !指定荷载频率的变化范围,也就是说只分析结构所受频率从0到2.5HZ之间的荷载
NSUBST,100, !指定频率从0到2.5之间分100步进行计算
这样,结构所受的这个点荷载的表达式实际上是
F=(7071+i*7071)*exp(i*omiga*t) !式中omiga从0到2.5*2*3.1415926变化
分析得到结果是各点物理量随频率变化的,但物理量的值一般为复数,包括实部的虚部,这可以从后处理LIST结点值看出来。
个人认为进行谐响应分析并不一定要先进行模态分析(也叫振型分析、振型分解等),而直接进行谐响应分析后查看结构的物理量随频率变化曲线时也会看到在结构的自振频率处响应会放大(共振)。
如果已经进行过模态分析的话,会发现谐响应分析时的共振频率和模态分析提到的自振频率是一致的。
但有些时候模态分析中得到的有些频率在谐响应分析的频响曲线里可能很不明显。
因此,只能说在谐响应分析前进行一下模态分析可以对结构的自振特性有个了解,以便验证谐响应分析结果是否合理。
另外,谐响应分析应该是频域分析方法的一个部分。
对于相地震那样的时间过程线,直接进行时域分析(ANSYS里用暂态分析)可得到结构随时间的响应。
而如果进行频域分析,就应该通过傅立叶变换把时域地震曲线变为由多个简谐荷载的叠加,然后再以此简谐荷载做为谐响应分析时的荷载进行谐响应分析,最后再对谐响应分析得到的结果进行傅立叶逆变换得到时域的结果。
不知道这种理解是否正确,我也没有用ANSYS这样做过。
如果正确的话,时域分析和频域分析的结果应该是一致的。
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。
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。
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。
(3)参数识别
按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法,后者是指在时域识别复特征值,再回到频域中识别振型,激励方式不同(SISO、SIMO、MIMO),相应的参数识别方法也不尽相同。
并非越复杂的方法识别的结果越可靠。
对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构,只要取得了可靠的频响数据,即使用较简单的识别方法也可能获得良好的模态参数;反之,即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法,如果频响测量数据不可靠,则识别的结果一定不会理想。
(4)振形动画
参数识别的结果得到了结构的模态参数模型,即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振形。
由于结构复杂,由许多自由度组成的振形也相当复杂,必须采用动画的方法,将放大了的振形叠加到原始的几何形状上。
以上四个步骤是模态试验及分析的主要过程。
而支持这个过程的除了激振拾振装置、双通道FFT分析仪、台式或便携式计算机等硬件外,还要有一个完善的模态分析软件包。
通用的模态分析软件包必须适合各种结构物的几何物征,设置多种坐标系,划分多个子结构,具有多种拟合方法,并能将结构的模态振动在屏幕上三维实时动画显示。
附:
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。