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ANSYS模态分析教程及实例讲解

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ANSYS模态分析教程及实例讲解解析

ANSYS模态分析教程及实例讲解解析

模态分析的定义
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 载荷结构设计中的重要参 数。 如果要进行模态叠加法谐 响应分析或瞬态动力学分 析，固有频率和振型也是 必要的。 所有动力学分析的基础。
模态分析的优点
模态分析的用途：
使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如桥梁 设计）； 使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷是如 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）。
要点：振动外力的周期和结构固有周期一致或接近则要发生共振。 共振因为会使振动变得越来越强，一般应该避免。
频率分析的相关知识
设计就来时，停止前发出突突的响声并晃动起 来。 这是洗衣机的固有频率和马达的转速一致时产生的共振现象。 要把脱水时马达的转速设计成洗衣机的1阶固有频率以上。从而，在脱水过 程中不会产生共振现象。 洗衣机的马达的转速直到停止前与它的固有频率相一致，产生共振，发出 突突声音。此后，因为很短时间即停止，洗衣机不会损坏。
模态分析的用途
有预应力的结构进行模态分析。例如旋转的涡轮 叶片。 循环对称结构模态分析。允许对循环对称结构的 一部分进行建模，而分析产生整个结构的振型。 ANSYS的模态分析都是线性分析。 ANSYS中的模态提取方法：
Block Lanzos（默认）、子空间、PowerDynamics、缩 减法、非对称法、阻尼法和QR 阻尼法。后两种允许结 构中包含阻尼。
应力
应变
内容简介 模态分析的背景简介 ANSYS模态分析功能介绍 模态分析实例操作演示
学习要点
频率分析的相关知识
什么是振动 固有频率 固有振动模态 共振
频率分析的相关知识

ANSYS模态分析教程及实例讲解

ANSYS模态分析教程及实例讲解

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轴模态分析教程实例

ansys轴模态分析教程实例

APDL： da,7,all da,8,all da,19,all da,20,all
⑪进行求解 GUI: Main/Solution/Solve/Current LS，即可弹出求解对话框，单击OK，进行求解。 警告窗口单击Yes，后出现Solution is done. ，单击Close关闭对话框，关闭求解对 话框。 APDL： /solu solve
⑫通过通用后处理器查看各自然频率 GUI: Main Menu/General Postproc/Result Summary。在弹出的对话框中列出了提取 的前10阶频率，如图所示。
APDL： /POST1 SET,LIST
⑬读取载荷步数据 GUI: Main Menu/General Postproc/Read Results/By Pick ，在弹出的对话框中选择第 四阶频率（也可以选其他的），单击Read，然后单击Close
APDL： MODOPT,LANB,10 EQSLV,SPAR MXPAND,10, , ,1 LUMPM,0 PSTRES,0
⑩施加边界条件 GUI： Main Menu/Solution/Define Loads/Apply/Structural/Displacement/On Area ， 弹出拾取对话框，选择直径为120和100的两个圆柱面，单击OK，在弹出的自由 度限制对话框，选择All DOF，单击OK。
APDL语言
finish /clear,nostart /filname,spindle /title,modal analysis /prep7 et,1,185 mp,ex,1,2e11 prxy,1,0.3 dens,1,7800 cylind,40,0,0,200 cylind,60,0,600,200 cylind,100,0,600,780 cylind,75,0,1080,780 cylind,50,0,1080,1280 cylind,30,0,1400,1280 vadd,all smrt,1 mshape,1,3D mshkey,0 vmesh,all acel,0,-9.8,0 antype,2 MODOPT,LANB,10 EQSLV,SPAR MXPAND,10, , ,1 LUMPM,0 PSTRES,0 da,7,all da,8,all da,19,all da,20,all /solu solve /POST1 SET,LIST SET,,, ,,, ,4 PLNSOL, U,Y, 0,1.0 PLNSOL,S,EQV

ANSYS-模态分析 介绍

ANSYS-模态分析 介绍

模态分析总论
• 运动学基本方程: }+ [C]{u }+ [K ]{u} = {F(t )} [M ]{ u • 假定自由振动并忽略阻尼:
}+ [K ]{u} = {0} [M ]{ u
2
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 假定谐波形式响应 (u = U sin( ωt ) )
其它分析选项
• 集中质量矩阵：
– –
Training Manual
DYNAMICS 11.0
主要用于细长梁或薄壳，或者波传播问题； 对 PowerDynamics 法，自动选择集中质量矩阵。 用于计算具有预应力结构的模态（以后讨论）。 阻尼仅在选用阻尼模态提取法时使用； 可以使用阻尼比α阻尼和β阻尼； 对BEAM4 和 PIPE16 单元，允许使用陀螺阻尼。
Training Manual
第二章 模态分析
模态分析总论
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 模态分析用来确定结构的振动特性的一种技术:
– 固有频率 – 振型 – 模态参与因子（结构振型在给定方向的参与程度)
• 是其他动力学分析的起点和基础.
模态分析总论
• 模态分析工程应用
DYNAMICS 11.0
子空间法
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 子空间法 ：比较适合于提取类似中型到大型 模型的较少的振型 （<40）
– 需要相对较少的内存； – 实体单元和壳单元应当具有较好的单元形状，要对 任何关于单元形状的警告信息予以注意； – 在具有刚体振型时可能会出现收敛问题； – 建议在具有约束方程时不要用此方法。

ANSYS模态分析实例和详细过程

ANSYS模态分析实例和详细过程

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。

ANSYS模态分析教程及实例讲解解析

ANSYS模态分析教程及实例讲解解析

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

ANSYS入门——模态分析步骤与实例详解

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模态分析教程及实例讲解

ANSYS模态分析教程及实例讲解

结构动态特性的改善方法
增加结构阻尼
通过增加结构阻尼，可以有效地吸收和消耗振动能量，减小结构 的振动幅值和响应时间。
优化结构布局
通过合理地布置结构的质量、刚度和阻尼分布，可以改善结构的动 态特性，提高结构的稳定性和安全性。
加强关键部位
对于关键部位，应加强其刚度和稳定性，以减小其对整体结构的振 动影响。
ansys模态分析教程及实例讲解
目 录
• 引言 • ANSYS模态分析基础 • ANSYS模态分析实例 • 模态分析结果解读 • 模态分析的优化设计 • 总结与展望
01 引言
ห้องสมุดไป่ตู้
目的和背景
01
了解模态分析在工程领域的应用 价值，如预测结构的振动特性、 优化设计等。
02
掌握ANSYS软件进行模态分析的 基本原理和方法。
挑战
未来模态分析面临的挑战主要包括处理大规模复杂结构 、模拟真实环境下的动力学行为以及提高分析的实时性 。随着结构尺寸和复杂性的增加，如何高效地处理大规 模有限元模型和计算海量数据成为亟待解决的问题。同 时，为了更准确地模拟实际工况下的结构动力学行为， 需要发展更加逼真的边界条件和载荷条件设置方法。此 外，提高模态分析的实时性对于一些实时监测和反馈控 制的应用场景也具有重要的意义。
模态分析基于振动理论，将复杂结构系统分解为若干个独立的模态，每个模态具有 特定的固有频率和振型。
模态分析可以帮助工程师了解结构的动态行为，预测结构的振动响应，优化结构设 计。
模态分析的步骤
建立模型
施加约束
求解
结果分析
根据实际结构建立有限 元模型，包括几何形状、 材料属性、连接方式等。
根据实际工况，对模型 施加约束条件，如固定

ansys模态分析详解(word文档良心出品)

ansys模态分析详解(word文档良心出品)

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。

ANSYS模态分析教程及实例讲解(共74张)

ANSYS模态分析教程及实例讲解(共74张)
要点：振动的形式（振形）称为振动模态。 一般从低频开始，称为1阶、2阶、3阶……固有频率，并且具
有与各个固有频率对应的振动模态。n)知识
共振（以荡秋千为例）
➢ 荡得好的人荡几下马上就能荡得很高
➢ 这是因为与秋千摆动的节拍和时间配合起来的原因。 ➢ 换句话说，与秋千的固有频率（固有周期）相配合，这种状况，
第15页，共74页。
频率分析(fēnxī)的相关知识
固有振动模态（以弦的振动为例）
➢ 固有模态和固有频率是一一对应的。对于1阶固有模态，就有以 1阶固有频率振动的振动形式，对于2阶固有模态则有2阶频率振 动的振动形式。
➢ 象这样所定的频率和振动模态组合起来则存在着1阶、2阶、3阶 ……等多个振动形式。
ANSYS模态分析功能(gōngnéng)介 绍
模态分析实例操作演示
第9页，共74页。
学习 要点 (xuéxí)
频率分析的相关知识
什么是振动
固有频率
固有振动模态
共振
第10页，共74页。
频率分析的相关(xiāngguān)知识
什么是振动？
➢ 钟摆和秋千的摆动，是我们身边最典型的振动现象。 ➢ 乐器的弦振动而发出声音。 ➢ 小提琴用弓拉弦，吉他用手指或拨片拨弦，在钢琴上敲击琴键则小
➢如果在相对较长的时间内载荷是一个常数， 请选择静态分析。
➢否则，选择动态分析
总之，如果激励频率小于结构最低阶固有频率的 1/3，则可以进行静力分析。
第6页，共74页。
准备工作
哪种分析(fēnxī)类型？
线性与非线性分析的区别 线性分析假设忽略荷载对结构刚度变化的影响。典型
的特征是：
➢ 小变形 ➢ 弹性范围内的应变和应力 ➢ 没有诸如两物体接触或分离时的刚度突变。

ansys模态分析步骤

ansys模态分析步骤

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 TitleUtility Menu>File> Change JobnameUtility Menu>File>Change Directory2 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。

(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程

(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程

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。

(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程

(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程

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模态分析理论与实例(共75张)

ANSYS模态分析理论与实例(共75张)

建模的典型(diǎnxíng)命令流(接上页)
/PREP7 ET，... MP，EX，... MP，DENS，…
! 建立几何模型 …
! 划分网格 …
15
第15页，共75页。
模态分析步骤(bùzhòu)
选择分析类型和选项
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*
施加边界条件并求解：
• 位移约束： 下面讨论
• 外部载荷： 因为振动被假定为自由振动，所以忽略外部载荷。然而
，ANSYS程序形成的载荷向量可以在随后的模态叠加分析中使用
• 求解：以后讨论
23 第23页，共75页。
模态分析步骤
施加(shījiā)边界条件并求解（接上页）
位移约束：
•典型命令:
• 施加必需的约束来模拟实际的固定情况；
5
第5页，共75页。
模态分析(fēnxī)
术语和概念 （续上页）
• 特征值的平方根是 i ， 它是结构的自然圆周频率（弧度/秒），并 可得出自然频率 fi = i /2p 特征值是固有频率
• 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
•
是用来描述特征值和特征向量计算的术语
6
4
第4页，共75页。
模态分析
第二节： 术语和概念
通用运动方程：
M u Cu Ku Ft
• 假定为自由振动(zhèndòng)并忽略阻尼：
M u K u 0
• 假定为谐运动：
K 2M u 0
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。

ansys模态结构分析教程解析

ansys模态结构分析教程解析

SOLID185 类似SOLID45;可模拟不可压缩塑性和 超弹性材料
SOLID186 类似SOLID95;可模拟不可压缩塑性和 超弹性材料
SOLID187 类似SOLID92;可模拟不可压缩塑性和 超弹性材料
感谢您的观赏！
但如果振型是相对于单位矩阵归一的，则可以在给定的振型中 比较不同点的应力，从而发现可能存在的应力集中。
练习1：机翼模态分析 练习2：上机指南练习5
练习1：机翼模态分析 网格拖拉：面单元——体单元
拖拉
1、设置拖拉选项
MainMenu>Preprocessor>-ModelingOperate>Extrude>ElemExtOpts
任一截面都是对称面。
w 0, zx xz 0, zy yz 0
z 0, zx zy 0
结论：
平面应变问题只有三个应变分量：
x x (x, y)
y y (x, y)
xy yx xy (x, y)
应力分量、位移分量也仅为 x、y 的函数，与 z 无关。
1、什么叫做轴对称问题
集中质量矩阵对角阵，按重心不变原则，不考虑质 量分布
m/2
m/2
m
M e
2
0
0
m
Al
2
1 0
0 1
2
集中质量矩阵
M
e
vN T
N
dv
Al
6
2 1
1 2
一致质量矩阵
四、ANSYS模态分析注意问 题
• 模态分析中的四个主要步骤： • 建模 • 施加边界条件 • 求解设置 • 后处理
模态分析是线性分析，所有非线性选项忽略。 模态分析不采用对称性（除循环对称外）

ANSYS模态分析实例和详细过程

ANSYS模态分析实例和详细过程

ANSYS模态分析实例和详细过程ANSYS是一款被广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以进行多种不同类型的分析，包括模态分析。

模态分析是通过对结构进行振动分析，计算得到结构的固有频率、振型和阻尼比等参数，对结构的动力响应进行预测和分析。

本文将介绍ANSYS模态分析的实例和详细过程。

一、模态分析实例假设我们有一个简单的悬臂梁结构，长度为L，横截面面积为A，杨氏模量为E，密度为ρ。

我们想要计算该梁结构的固有频率、振型和阻尼比等参数，以评估其动力特性。

二、模态分析过程1.准备工作在进行模态分析之前，我们需要先准备好结构的有限元模型。

假设我们已经完成了悬臂梁结构的几何建模和网格划分，并且已经定义好了材料属性和约束条件。

2.设置分析类型和求解器打开ANSYS软件，并选择“Structural”工作台。

在“Analysis Settings”对话框中，选择“Modal”作为分析类型。

然后，在“Analysis Type”对话框中选择“Modes”作为解决方案类型。

3.定义求解控制参数在“Analysis Settings”对话框中，点击“Solution”选项卡。

在该选项卡中，我们可以定义求解控制参数，例如计算模态频率的数量、频率范围和频率间隔等。

4.添加约束条件在模态分析中，我们需要定义结构的边界条件。

假设我们对悬臂梁的一端施加固定边界条件，使其不能在该位置发生位移。

我们可以在“Model”工作区中选择相应的表面，然后右键点击并选择“Fixed”。

5.添加载荷在模态分析中，我们通常可以不添加外部载荷。

因为模态分析着重于结构的固有特性，而不是外部激励。

6.定义材料属性在模态分析中，我们需要定义材料的弹性性质。

假设我们已经在材料库中定义了结构所使用的材料，并在“Model”工作区中选择了适当的材料。

7.运行分析完成以上设置后，我们可以点击“Run”按钮开始运行分析。

ANSYS将计算结构的固有频率、振型和阻尼比等参数。

ANSYS模态分析实例

ANSYS模态分析实例

“Components”
– 在 “Y Component”中输入10100
23
26. 从“Static Structural”分支复制边界条件至 “Harmonic Response”分支
27. 求解谐响应分析.
24
25
10100
Workshop 1 – 谐响应分析结果
• 当谐响应分析求解完毕，查看结果.
18
Workshop 1 – 评述
• 记住:
– 在模态振型中的位移幅值是相对的，并不反应实际的位移幅值. – 最大的幅值将取决于系统的实际能量输入. – 下面我们将进行一次谐响应分析，以确定实际动态响应的幅值.
Workshop 1 – 谐响应分析求解
• 当静力分析和模态分析分支准备完毕， 即将添加谐响应分析.
• 点击求解，后处理结果将会被更新.
17
. . . Workshop 1 – 结果
18. 查看每一阶模态的分析结果，点击每一阶模态对 应的“Total Deformation”.
– 可以动画显示每一阶振型。 – 注意: 关注最高阶自然频率的振型：
Max Indicated Freq = _________________Hz.
8
9. 对于Y 和Z 方向，输入0替换“Free”， “X” 方向仍然 保留为 “Free”.
9
Workshop 1 – 环境
• 在预应力分析中，需要考虑”重力“的影响. 10. 选择>Inertial>Standard Earth Gravity 11. 在 “Details”中， 改变方向为“-Z Direction”.
19. 点击New Analysis，选择 >Harmonic
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频率分析的相关知识
固有频率（以钟摆为例） ➢ 钟摆的振动所经过的时间越来越小，最后停了下来。 ➢ 这是因为空气的阻碍、磨擦的阻碍等的阻力妨碍了钟摆的摆动（振 动）。 ➢ 因为这样的阻力作用使振动衰减的力而起作用，被称为衰减力。
➢ 钟摆在没有外部而来的强迫它摆动的力（重力除外）作用下的振动称 为自由振动。
程中不会产生共振现象。 ➢ 洗衣机的马达的转速直到停止前与它的固有频率相一致，产生共振，发出突
突声音。此后，因为很短时间即停止，洗衣机不会损坏。
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频率分析的相关知识
设计就要避免出现共振现象
共振产生时的条件有以下两条： 激振力的周期（频率）和物体的固有周期（固有频率）相一致或接近 激振力的持续时间长到使物体振动以充分发展的时间
击琴键则小锤打击琴弦而使琴弦振动起来。 ➢ 洗衣机在脱水时也会突突突地产生很大的振动现象。 ➢ 按摩机是机械的振动，地震则是大地的振动。 ➢ 如果在不平整的地上或公路上开车的话，也会感到让人 为便于心理解情振变动坏现的象烦，我人们的从振了动解。固有频率（固有周期），固有模态，
共振等表示振动特有现象的术语开始
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频率分析的相关知识
固有频率（以钟摆为例）
➢ 摆动钟摆，则钟摆以一定的周期和一定的频率有规律地振动 起来了。
➢ 振动的幅度（振幅）大也好小也好，周期和频率总是一定的。
➢ 振动频率：是单位时间里摆动的次数。
振幅：大 振幅：小
➢ 1秒钟内的次数用Hz（赫兹）来表示。
➢ 周期：摆动1次所需要的时间。
➢ 钟摆的形状（长度）决定了其固有的数值。 ➢ 钟摆越长周期越长，钟摆越短周期越短。
第三讲模态分析
1
在开始ANSYS分析之前，您需要作一些决定， 诸如分析类型及所要创建模型的类型。
标题如下：
➢A. 哪一种分析类型？ ➢B. 模拟什么？ ➢C. 采用哪一种单元类型？
2
准备工作
哪种分析类型？
分析类型通常遵循以下原则：
结构分析
实体的运动、压力、接触
热分析
热、高温及温度变化。
电磁场分析 装置承受电流（交流或直流）、电磁波、
4
准备工作
哪种分析类型？
静力与动力分析的区别 静力分析假定只有刚度力是重要的。 动力分析考虑所有三种类型的力。
例如：考虑跳水板的分析 ➢如果潜水者静止地站在跳水板上， 做一个静力分析已经足够了。 ➢但是如果潜水者在跳水板上下跳动， 必须进行动力分析
5
准备工作
哪种分析类型？
如果施加的荷载随时间快速变化，则惯性力和 阻尼力通常是重要的
在动力学分析中，增加阻尼矩阵[C]和质量矩阵[M]
上式为典型的在有阻尼的交迫振动方程。当缺少阻尼及外力 时，该缺少阻尼及外力时（自由振动），该方程式简化为
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频率分析的相关知识
固有振动模态（以弦的振动为例）
➢ 两端被固定住的弦，以手指弹一下张紧的弦，弦则振动起 来，振动在空气中传播发出声音。弦以下图所示的各个振 动形式所对应的状态，振动起来。这种振动形式称为弦的 固有模态。
况，称为共振。 ➢ 共振，对于机械和结构一般是应该要避免的一种现象。
要点：振动外力的周期和结构固有周期一致或接近则要发生共振。 共振因为会使振动变得越来越强，一般应该避免。
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频率分析的相关知识
设计就要避免出现共振现象
➢ 洗衣机脱水结束，马达的转速低下来时，停止前发出突突的响声并晃动起 来。
➢ 这是洗衣机的固有频率和马达的转速一致时产生的共振现象。 ➢ 要把脱水时马达的转速设计成洗衣机的1阶固有频率以上。从而，在脱水过
固有振动形态
名称
1阶振动
2阶振动
3阶振动
15
频率分析的相关知识
固有振动模态（以弦的振动为例） ➢ 固有模态和固有频率是一一对应的。对于1阶固有模态， 就有以1阶固有频率振动的振动形式，对于2阶固有模态 则有2阶频率振动的振动形式。 ➢ 象这样所定的频率和振动模态组合起来则存在着1阶、2 阶、3阶……等多个振动形式。
要点：振动的形式（振形）称为振动模态。 一般从低频开始，称为1阶、2阶、3阶……固有频率，并且具
有与各个固有频率对应的振动模态。
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频率分析的相关知识
共振（以荡秋千为例） ➢ 荡得好的人荡几下马上就能荡得很高
➢ 这是因为与秋千摆动的节拍和时间配合起来的原因。 ➢ 换句话说，与秋千的固有频率（固有周期）相配合，这种状
➢ 小变形 ➢ 弹性范围内的应变和应力 ➢ 没有诸如两物体接触或分离时的刚度突变。
应力
弹性模量 (EX)
应变7
准备工作
A. 哪种分析类型？
如果加载引起结构刚度的显著变化，必须进行 非线性分析。引起结构刚度显著变化的典型因 素有： ➢应变超过弹性范围（塑性） ➢大变形，例如承载的鱼竿 ➢两体之间的接触
应力
应变 8
内容简介 模态分析的背景简介 ANSYS模态分析功能介绍 模态分析实例操作演示
9
学习要点
频率分析的相关知识 什么是振动 固有频率 固有振动模态 共振
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频率分析的相关知识
什么是振动？
➢ 钟摆和秋千的摆动，是我们身边最典型的振动现象。 ➢ 乐器的弦振动而发出声音。 ➢ 小提琴用弓拉弦，吉他用手指或拨片拨弦，在钢琴上敲
电压或电荷激励
流体分析：
气体或液体的运动，或包容的气体/
流体ห้องสมุดไป่ตู้
耦合场：
上述分析的任意组合
在这里，我们将集中讨论结构分析。
3
准备工作
哪种分析类型？
当您选择了结构分析，接下来的问题是： ➢静力还是动力分析？ ➢线性还是非线性分析？
要回答这些问题，先要知道物体承受什么样的 激励（载荷），因为下述三种类型的力决定了 它的响应 ➢静力（刚度） ➢惯性力（质量） ➢阻尼力
➢ 与此相对应，地震和汽车因为地基能、发动机等的强迫力作用下的振 动称为强迫振动。
任何结构都具有其固有频率（固有周期），其值由其本身的结构所决定 自由振动是一种无衰减力的振动状态，它将永远不停地振动下去。
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频率分析的相关知识
静力分析中，节点位移是主要的未知量。[K]d=F中[K]为刚度 矩阵，d为节点位移的未知量，而F为节点载荷的已知量。
因此可以通过载荷是否是时间相关来选择是静 力还是动力分析 ➢如果在相对较长的时间内载荷是一个常数， 请选择静态分析。 ➢否则，选择动态分析
总之，如果激励频率小于结构最低阶固有频率 的1/3，则可以进行静力分析。
6
准备工作
哪种分析类型？
线性与非线性分析的区别
线性分析假设忽略荷载对结构刚度变化的影响。 典型的特征是：