ANSYS模态分析教程及实例讲解解析
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ANSYS模态分析教程及实例讲解ANSYS是一款常用的有限元分析软件,可以用于执行结构分析、热分析、流体分析等多种工程分析。
模态分析是其中的一项重要功能,用于计算和分析结构的固有振动特性,包括固有频率、振型和振动模态,可以帮助工程师了解和优化结构的动态响应。
以下是一份ANSYS模态分析教程及实例讲解,包含了基本步骤和常用命令,帮助读者快速上手模态分析。
1.创建模型:首先需要创建模型,在ANSYS界面中构建出待分析的结构模型,包括几何形状、材料属性和边界条件等。
可以使用ANSYS的建模工具,也可以导入外部CAD模型。
2.网格划分:在模型创建完毕后,需要进行网格划分,将结构划分为小的单元,使用ANSYS的网格划分功能生成有限元网格。
网格划分的细腻程度会影响分析结果的准确性和计算时间,需要根据分析需要进行合理选择。
3.设置材料属性:在模型和网格创建完毕后,需要设置材料属性,包括弹性模量、密度和材料类型等。
可以通过ANSYS的材料库选择已有的材料属性,也可以自定义材料属性。
4.定义边界条件:在模型、网格和材料属性设置完毕后,需要定义结构的边界条件,包括约束和加载条件。
约束条件是指结构受限的自由度,例如固定支撑或限制位移;加载条件是指施加到结构上的载荷,例如重力或外部力。
5.运行模态分析:完成前面几个步骤后,就可以执行模态分析了。
在ANSYS中,可以使用MODAL命令来进行模态分析。
MODAL命令需要指定求解器和控制选项,例如求解的模态数量、频率范围和收敛准则等。
6.分析结果:模态分析完成后,ANSYS会输出结构的振动特性,包括固有频率、振型和振动模态。
可以使用POST命令查看和分析分析结果,例如绘制振动模态或振动模态的频率响应。
下面是一个实际的案例,将使用ANSYS执行模态分析并分析分析结果。
案例:矩形板的模态分析1.创建模型:在ANSYS界面中创建一个矩形板结构模型,包括矩形板的几何形状和材料属性等。
ANSYS模态分析教程及实例讲解解析ANSYS是一个广泛应用于工程领域的有限元分析软件,可以用于各种结构的模态分析,包括机械结构、建筑结构、航空航天结构等。
模态分析是通过计算结构的固有频率和振动模态,用于评估结构的动力特性和振动响应。
以下是一个ANSYS模态分析的教程及实例讲解解析。
一、教程:ANSYS模态分析步骤步骤1:建立模型首先,需要使用设计软件绘制或导入一个几何模型。
然后,在ANSYS中选择适当的单元类型和材料属性,并创建适当的网格。
确保模型的几何形状和尺寸准确无误。
步骤2:约束条件在进行模态分析之前,需要定义适当的约束条件。
这些条件包括固定支持的边界条件、约束点的约束类型、约束方向等。
约束条件的选择应该与实际情况相符。
步骤3:施加载荷根据实际情况,在模型上施加适当的载荷。
这些载荷可以是静态载荷、动态载荷或谐振载荷,具体取决于所要分析的问题。
步骤4:设置分析类型在ANSYS中,可以选择多种不同的分析类型,包括静态分析、模态分析、动态响应分析等。
在进行模态分析时,需要选择模态分析类型,并设置相应的参数。
步骤5:运行分析设置好分析类型和参数后,可以运行分析。
ANSYS将计算结构的固有频率和振动模态。
运行时间取决于模型的大小和复杂性。
步骤6:结果分析完成分析后,可以查看和分析计算结果。
ANSYS将生成包括固有频率、振动模态形态、振动模态形状等在内的结果信息。
可以使用不同的后处理技术,如模态形态分析、频谱分析等,对结果进行更详细的分析。
二、实例讲解:ANSYS模态分析以下是一个机械结构的ANSYS模态分析的实例讲解:实例:机械结构的模态分析1.建立模型:使用设计软件绘制机械结构模型,并导入ANSYS。
2.约束条件:根据实际情况,将结构的一些部分设置为固定支持的边界条件。
3.施加载荷:根据实际应用,施加恰当的静态载荷。
4.设置分析类型:在ANSYS中选择模态分析类型,并设置相应的参数,如求解方法、迭代次数等。
ANSYS入门——模态分析步骤与实例详解模态分析是ANSYS中的一项重要功能,它用于分析结构的模态特性,如固有频率、模态形态、振型等。
下面将详细介绍ANSYS中模态分析的步骤与实例。
1.准备工作:在进行模态分析前,首先需要完成模型的几何建模、模型的网格划分、边界条件的设定和材料属性的定义等准备工作。
2.设置分析类型:在ANSYS中,可以使用分析类型工具条或命令行指令设置分析类型。
对于模态分析,可以选择"Modal"。
选中“Modal”选项后,会弹出新窗口,用于设置分析的参数。
可以设置计算的模态数目、输出结果的范围、频率的单位等。
3.定义约束条件:在模态分析中,需要定义结构的约束条件,以模拟实际情况。
常见的约束条件有固定支撑、自由边界、对称几何等。
可以使用ANSYS中的约束条件工具条或命令行指令进行定义。
4.定义激励条件:在模态分析中,可以定义激励条件,以模拟结构在特定频率下的振动情况。
常见的激励条件有振动源、压力载荷、重力载荷等。
可以使用ANSYS中的激励条件工具条或命令行指令进行定义。
5.执行分析:完成上述设置后,点击分析工具条中的“运行”按钮,开始执行模态分析。
ANSYS会根据所设定的参数进行计算,并输出相应的结果。
6.结果展示与分析:模态分析完成后,可以查看分析结果并进行进一步的分析。
ANSYS会输出各模态下的固有频率、模态振型、模态质量、模态参与度等信息。
接下来,我们以一个简单的悬臂梁的模态分析为例进行详解。
1.准备工作:在ANSYS中绘制悬臂梁的几何模型,并进行网格划分。
设定材料属性、加载条件和边界条件。
2.设置分析类型:在ANSYS主界面上选择“Workbench”,然后点击“Ana lysis Systems”工具条中的“Modal”选项。
3.定义约束条件:设置悬臂端点的约束条件为固定支撑。
可以使用ANSYS中的“Fixed Support”工具进行设置。
4.定义激励条件:在此示例中,我们只进行自由振动分析,不设置激励条件。
Ansys模态分析详细论述1、有限元概述将求解域分解成若干小域,有限元模型由单元组成,单元之间通过节点连接,并承受载荷,节点自由度是随着连接该点单元类型变化的。
1.1分析前准备(1)研读相关理论基础;(2)参考别人的分析方法和思路;(3)考虑时间和设备,做适当的简化假设,设定条件、材料并决定分析方式;(4)了解力学现象、分析关键位置并预先评估。
1.2 Von Mises 应力Von Mises 应力是非负值,应力表达式可表示为:1.3结果的分析(1)建立疏密不同的三至五种网络,选择适中密度,不能以存在应力集中点处的结果做对比;(2)检验网格,分析结果的合理性,选择安全系数,并且要分析应力集中的真实性与危险性。
(3)接触收敛速度的提高:在不影响结构的前提下,控制或减少接触单元生成数目,并采用线性搜索,与打开自适应开关来提高收敛速度。
2、模态分析中的几个基本概念物体按照某一阶固有频率振动时,物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的,可以用一个向量表示,这个就称之为模态。
模态这个概念一般是在振动领域所用,可以初步的理解为振动状态,我们都知道每个物体都具有自己的固有频率,在外力的激励作用下,物体会表现出不同的振动特性。
2.1主要模态一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的,此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型;二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率的两倍时候出现,此时的振动外形叫做二阶振型,以依次类推。
一般来讲,外界激励的频率非常复杂,物体在这种复杂的外界激励下的振动反应是各阶振型的复合。
模态是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。
有限元中模态分析的本质是求矩阵的特征值问题,所以“阶数”就是指特征值的个数。
将特征值从小到大排列就是阶次。
实际的分析对象是无限维的,所以其模态具有无穷阶。
ANSYS动力学分析指南作者: 安世亚太第一章模态分析§1.1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<<ANSYS建模与网格指南>>)。
<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。
§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题:其中:=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量(特征向量),=第阶模态的固有频率(是特征值),=质量矩阵。
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模态分析详细论述1、有限元概述将求解域分解成若干小域,有限元模型由单元组成,单元之间通过节点连接,并承受载荷,节点自由度是随着连接该点单元类型变化的。
1.1分析前准备(1)研读相关理论基础;(2)参考别人的分析方法和思路;(3)考虑时间和设备,做适当的简化假设,设定条件、材料并决定分析方式;(4)了解力学现象、分析关键位置并预先评估。
1.2 Von Mises 应力Von Mises 应力是非负值,应力表达式可表示为:1.3结果的分析(1)建立疏密不同的三至五种网络,选择适中密度,不能以存在应力集中点处的结果做对比;(2)检验网格,分析结果的合理性,选择安全系数,并且要分析应力集中的真实性与危险性。
(3)接触收敛速度的提高:在不影响结构的前提下,控制或减少接触单元生成数目,并采用线性搜索,与打开自适应开关来提高收敛速度。
2、模态分析中的几个基本概念物体按照某一阶固有频率振动时,物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的,可以用一个向量表示,这个就称之为模态。
模态这个概念一般是在振动领域所用,可以初步的理解为振动状态,我们都知道每个物体都具有自己的固有频率,在外力的激励作用下,物体会表现出不同的振动特性。
2.1主要模态一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的,此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型;二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率的两倍时候出现,此时的振动外形叫做二阶振型,以依次类推。
一般来讲,外界激励的频率非常复杂,物体在这种复杂的外界激励下的振动反应是各阶振型的复合。
模态是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。
有限元中模态分析的本质是求矩阵的特征值问题,所以“阶数”就是指特征值的个数。
将特征值从小到大排列就是阶次。
实际的分析对象是无限维的,所以其模态具有无穷阶。
ANSYS模态分析详解1. 简介ANSYS是一款常用的工程仿真软件,其模态分析功能能够帮助工程师快速分析和优化结构的自振频率和振型,进而提高结构的可靠性和性能。
本文将详细介绍ANSYS模态分析的原理、操作步骤和实际应用。
2. 模态分析原理模态分析是一种通过分析结构的固有振动特性来研究结构的方法。
在模态分析中,首先需要建立结构的有限元模型,然后通过求解结构的固有频率和振型,得到结构的模态数据,包括自振频率、自振模态和模态质量等。
结构的固有频率和振型是结构设计和安全评估的重要依据。
3. 模态分析步骤3.1. 几何建模在进行模态分析之前,需要首先进行结构的几何建模。
ANSYS提供了强大的几何建模工具,可以通过手工绘制、导入CAD模型或直接建立几何实体进行建模。
建模过程中需要注意几何的精确性和几何尺寸的准确性。
3.2. 材料属性设置对于模态分析来说,材料的物理属性是非常重要的。
在ANSYS中,可以通过定义材料属性来描述材料的力学性能,包括弹性模量、泊松比、密度等。
合理的材料属性设置可以更准确地预测结构的固有频率。
3.3. 约束和加载条件设置在模态分析中,需要设置结构的约束和加载条件。
约束条件可以是支撑约束、固连约束或自由约束,加载条件可以是点载荷、面加载或体加载。
通过合理的约束和加载条件设置,可以模拟实际工况下的结构响应。
3.4. 网格划分与单元属性设置在进行模态分析之前,还需要对结构进行网格划分和单元属性设置。
ANSYS提供了多种网格划分算法和单元类型,可以根据结构的几何形状和材料特性选择合适的划分算法和单元类型。
合理的网格划分和单元属性设置可以提高计算的精度和效率。
3.5. 模态求解与后处理在完成前面的准备工作之后,可以开始进行模态分析了。
ANSYS提供了多种求解方法,包括隐式求解和显式求解。
通过求解结构的特征方程,可以得到结构的固有频率和振型。
模态分析的后处理包括振型显示、振动模态验证和模态参数输出等。
均匀直杆的子空间法模态阐发之五兆芳芳创作模态阐发用于确定设计结构或机械部件的振动特性(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阐发问题的起点,例如瞬态动力学阐发、谐响应阐发和谱阐发,其中模态阐发也是进行谱阐发或模态叠加法谐响应阐发或瞬态动力学阐发所必须的前期阐发进程.ANSYS的模态阐发可以对有预应力的结构进行模态阐发和循环对称结构模态阐发.前者有旋转的涡轮叶片等的模态阐发,后者则允许在成立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态阐发.ANSYS提供的模态提取办法有: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,大多数阐发都可使用子空间法、分块法、缩减法.ANSYS的模态阐发是线形阐发,任何非线性特性,例如塑性、接触单元等,即便被定义了也将被疏忽.一个典型的模态阐发进程主要包含建模、模态求解、扩展模态以及不雅察结果四个步调.(1).建模模态阐发的建模进程与其他阐发类型的建模进程是类似的,主要包含定义单元类型、单元实常数、资料性质、成立几何模型以及划分有限元网格等根本步调.(2).施加载荷和求解包含指定阐发类型、指定阐发选项、施加约束、设置载荷选项,并进行固有频率的求解等.指定阐发类型,Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal.指定阐发选项,Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options,选择MODOPT(模态提取办法〕,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中不雅察结果,必须先扩展模态,行将振型写入结果文件.进程包含重新进入求解器、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 StepOpts-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.本例即采取了前面的办法(4).查抄结果模态阐发的结果包含结构的频率、振型、相对应力和力等实例1均匀直杆的模态阐发图8-1所示为一根长度为L 的等截面直杆,一端固定,一端自由.己知杆资料的弹性模量E=2×1011 N/m 2护,密度p=7800 kg/m 3的固有频率.按照振动学理论,假定直杆均匀伸缩,如图8-1所示等截面直杆纵向振动第i 阶固有频率为ωi =L i 2)12(π-ρE rad/s (i=1,2…)将角频率ωi 转化为周频率f ,并将已知参数代入,可得 f i =πω2i =L i 412-ρE =1.0412⨯-i 780010211⨯=12659(2i-1) Hz(8-1)按式(8-1)计较出直杆的前5阶频率,列表如表8-1所示.拾取菜单Utility Menu-File-Change Jobname 弹出如图8-2所示的对话框,在"[/FILNAM] "文本框中输入EXAMPLE8,单击“OK"按钮.拾取菜单Main M--Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete,弹出对话框,单击"Add"按钮:弹出对话框,在左侧列表中选择"StructuralSolid",在右侧列表中选择"Brick 20node 186",单击"OK"按钮:单击对话框的“Close"按钮.拾取菜单Main Menu-Preprocessor--Material Props-Material Models.弹出对话框,在右侧列表中依次双击"Structural", "Linear", "Elastic", "Isotropic",弹出对话框,在"EX"文本框中输入2e11(弹性模量).在"PRXY"文本框中输入0.3(泊松比).单击"OK"按钮:再双击右侧列表中"Structural"下"Density",弹出对话框,在"DENS"文本框中输入7800(密度),单击"OK"按钮.然后对话框.拾取菜单Main Menu - Preprocessor –Modeling-Create- Volumes - Block – By Dimension.弹出对话框,在"X1,X2"文本框中输入0,0.01,在"Y1,Y2"文本框中输入0,0.01,在"Z1,Z2"文本框中输入0,0,1,单击"OK"按钮.拾取菜单Main Menu-Preprocessor-Meshing-MeshTool.弹出对话框,单击''Size. Controls'',区域中"Lines"后"Set",按钮,弹出拾取窗口,任意拾取块x轴和y轴标的目的的边各一条(短边),单击OK"按钮,弹出对话框, 在"NDIV"文本框中输入3,单击"Apply"按钮:再次弹出拾取窗口,拾取块z轴标的目的的边(长边),单击"OK"按钮.在"NDIV"文木框中输入15,单击"OK"按钮.在Mesh区域,选择单元形状为"Hex"(六面体),选择划分单元的办法为"Mapped"(映射)单击Mesh按钮,弹出拾取窗口,单击"OK"按钮.图1单元划分拾取菜单Main Menu--Solution-DefineLoads-Apply-Structural-Displacement-OnAreas弹出拾取窗口,拾取z=0的平面,单击"OK"按钮.弹出对话框,在列表中选择"UZ",单击"Apply"按钮;再次弹出拾取窗口,拾取y=0的平面,单击"OK"按钮,弹出对话框,在列表中选择"UY",单击"Apply"按钮再次弹出拾取窗口,拾取x=0的平面,单击"OK"按钮,弹出对话框,在列表中选择"UX",单击"OK"按钮.所加约束与图8-1不合.主要是为了与推导式(8-1)所作的轴向振动假定一致.约束施加的正确与否,对结构模态阐发的影响十分显著,因此对于该问题应十分注意,包管对模型施加的约束与实际情况尽量合适.拾取菜单Main Menu-Solution-Analysis Type-New Analysis.弹出对话框,选择"Type of Analysis"为"Modal",单击"OK"按钮.拾取菜单Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options.弹出对话框,在"No. of modes to extract"文本框中输入5,单击“OK"按钮:弹出"Block Lanczos Method",单击"OK"按钮.拾取菜单Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes.弹出对话框,在"NMODE"文本框中输入5,单击"OK"按钮.拾取菜单Main Menu-Solution-Solve-Current LS.单击“Solve Current Load Step”对话框的“OK”按钮.出现“Solution is done!”提示时,求解结束,便可查抄结果了.图2求解结果拾取菜单Main Me-General Postproc-Results Summary.弹出窗口,列表中显示了模型的前5阶频率,与表8-1相对照,可以看出结果虽然存在一定的误差,但与解析解是根本合适的.查抄完毕后,封闭该窗口.拾取菜单Main Menu-General Postproc-Read Results-First Set.为便于更好地不雅察模型的模态.拾取菜单Utility Menu-PlotCtrls-Pan Zoom Rotate.在弹出的对话框中,单击“Left”按钮.拾取菜单Utility Menu-PlotCtrls-Animate-Mode Shape.弹出对话框,单击“OK”按钮.不雅察完毕,单击“Animation Controller”对话框的"close"按钮.拾取菜单Main Menu-General Postproc-Read Results-Next Set.依次将其余各阶模态的结果读入,然后重复步调15不雅察完模型的各阶模态后,请读者自行阐发频率结果产生误差的原因,并改良以上分析进程.5命令流/CLEAR/FILNAME, EXAMPLE8/PREP7ET,1,SOLID186MP,EX,1,2E11MP,DENS,1,7800LESIZE,1,,,3,,,3LESIZE,9,,,15MSHAPE,OMSHKEY,1VMESH,1FINISH/SOLUANTYPE,MODALMODOPT,LANB,5 MXPAND,5DA,1,UZDA,3,UYDA,5,UX SOLVESAVEFINISH/POST1SET,LIST SET,FIRST/VIEW,1,-1/REPLOTPLDI,,0SET,NEXTPLDI,,0FINISH。