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模态分析步骤：1、将模型导出为.cdb文件，并输入到ANSYS。
2、进行模态分析时，首先应定义分析类型为模态分析，GUI方式为Main Menu ＞Solution ＞Analysis Type ＞New Analysis如图1所示。
图1 定义分析类型为modal3、设置模态分析求解选项，GUI方式为Main Menu ＞Solution ＞Analysis Type ＞Analysis Option，提取并扩展20阶模态，如图2所示。
图2 Modal Analysis对话框4、设置B lock lanczos（分块蓝索斯）方法求解选项。
单击图2中的OK按钮，弹出Block Lanczos Method 对话框，将起始频率改为1，单击OK按钮，如图3所示。
图3 Block Lanczos Method对话框5、求解并查看结果。
采用GUI方式提交求解：Main Menu ＞Solution＞Solve＞Current LS。
（注意：下面的模态图下面标明是第。
阶模态振型）谐响应分析的基本步骤：1.将模型导出为.cdb文件，并输入到ANSYS中。
2.模态分析由于峰值响应发生在激励的频率和结构的固有频率相等之时，所以在进行谐响应分析之前，应首先进行模态分析，以确定结构的固有频率，计算前20阶模态频率。
3.完成模态分析后，退出后处理器，GUI方式为Main Menu＞Finish。
4.定义分析类型为谐响应分析，GUI方式为Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞New Analysis，如图4所示。
图4 定义分析类型为Harmonic5、设置谐响应分析求解选项，GUI方式为Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Analysis Options，保持默认选项，采用完全法，如图5所示。
图5 Harmonic Analysis对话框6、单击图5中的OK按钮，弹出Full Harmonic Analysis对话框，保持默认设置，单击OK按钮，如图6所示。
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ANSYS模态分析是一种用于计算和研究结构的振动和模态的仿真方法。
它可以帮助工程师和设计师了解结构在自由振动模态下的响应，从而优化设计和改进结构的性能。
本文将对ANSYS模态分析的原理和应用进行详细介绍。
ANSYS模态分析基于动力学理论和有限元分析。
在模态分析中，结构被建模为一个连续的弹性体，通过求解结构的固有频率和模态形状来研究其振动行为。
固有频率是结构在没有外力作用下自由振动的频率，而模态形状则是结构在每个固有频率下的振动形态。
模态分析可以帮助工程师了解结构在特定频率下的振动行为。
通过分析结构的固有频率，可以评估结构的动态稳定性。
如果结构的固有频率与外部激励频率非常接近，可能会导致共振现象，从而对结构造成破坏。
此外，模态分析还可以帮助识别结构的振动模态，并评估可能的振动问题和改进设计。
1.准备工作：首先，需要创建结构的几何模型，并进行必要的网格划分。
在几何模型上设置适当的约束条件和边界条件。
选择合适的材料属性和材料模型。
然后设置分析类型为模态分析。
2.计算固有频率：在模态分析中，需要计算结构的固有频率。
通过求解结构的特征值问题，可以得到结构的固有频率和模态形状。
通常使用特征值求解器来求解特征值问题。
3.分析结果：一旦得到结构的固有频率和模态形状，可以进行进一步的分析和评估。
在ANSYS中，可以通过模态形状的可视化来观察结构的振动模态。
此外，还可以对模态形状进行分析，如计算应力、变形和应变等。
ANSYS模态分析在许多领域都有广泛的应用。
在航空航天工程中，模态分析可以用于评估飞机结构的稳定性和航空器的振动特性。
在汽车工程中，可以使用模态分析来优化车身结构和减少共振噪音。
在建筑工程中，可以使用模态分析来评估楼房结构的稳定性和地震响应。
总之，ANSYS模态分析是一种重要的结构动力学仿真方法，可以帮助工程师和设计师了解结构的振动特性和改善设计。
通过模态分析，可以预测共振问题、优化结构设计、提高结构的稳定性和性能。
基于ANSYS Workbench的某越野车车架有限元分析任杰锶;董小瑞【摘要】针对越野车复杂的行驶条件对车架结构苛刻的要求,以越野车车架为研究对象,采用ANSYS软件建立了与某越野车车架结构充分近似的车架三维模型,并根据模态分析理论对其进行了有限元模态分析,获得了该车架的前六阶模态参数.理论值与实验值比较表明,车架能够在一定程度上避免共振现象,模型建立准确,为结构车架的动态设计提供了理论依据.同时对车架进行刚度和静强度分析,由位移、应力云图获得了车架发生应力集中区域.结果表明:第3根横梁和第4根横梁之间的连接处应力值远低于屈服极限,可以考虑梁变细或者钢板缩减壁厚,而在第2,第3根横梁与纵梁相接处应力值大于许用应力值,可以使横梁应加粗或连接处使用加厚焊.实验研究分析为车架的改进和优化提供了参考依据.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(036)004【总页数】8页(P428-434,457)【关键词】越野车车架;有限元分析;ANSYS软件;模态分析;刚强度分析【作者】任杰锶;董小瑞【作者单位】中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051;中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】U463.320 引言汽车车架是整个汽车的基础，车架性能的可靠程度直接影响到整车的工作质量和状态.对于非全承载式越野汽车，车架的要求更为严格［1-2］.哈尔滨工业大学张进国等利用ANSYS软件建立了车架结构的几何模型和以体单元solid92为基本单元的车架有限元分析计算模型，对该车架在载荷作用下的应力和变形进行了计算，为车架的结构改进提供了依据［3］；南昌大学汪伟等以某越野车车架为例，利用Hyperworks建立以壳单元为基本单元的车架有限元分析模型，应用Optistuct求解器进行了模态分析，得到该车架自由状态下的前10阶固有频率及振型特性，为该车的结构改进提供了理论依据［4］；合肥工业大学朱昌发等利用HYPERMESH 建立某型特种越野车车架的有限元分析模型，再用ABAQUS软件对该特种越野车车架进行强度及模态分析，得出该车架的强度和振动特性，并提出了优化设计方案［5］.随着越野汽车性能和工作要求的不断提升，车架面临更大的挑战，不仅需要经常在崎岖不平的道路上行驶，而且经常出现在无路地带，这样对刚度和强度的要求就显得异常苛刻.由于在重载、高速行驶时其振动问题也非常凸出，车架的共振现象会给整车，甚至是驾驶员、乘员带来严重的影响.因此在汽车的设计初期需要同时对车架进行静力学分析和模态分析，综合分析数据，为车架的优化和改进提供参考［5-6］.本文综合采用Hyperworks和ANSYS软件，建立了与某越野车车架结构充分近似的车架三维模型，对其进行了静力学和有限元模态分析，找出其薄弱环节，给出了优化建议.1 车架结构及参数该车架主要由2根纵梁和8根横梁，以及均布的10个悬置点组成.车架结构如图1所示.图1 车架结构二维图纸 Fig.1 The 2D blueprint of off-road vehicle frame structure车架形态描述：车架前部翘起，这样拥有更多的前轮摆动空间，增加接近角.车架中部第4，5根横梁下凹，适当地降低了底盘的高度，降低了车身重心，增大了车辆在行驶中的稳定性；相比直梁车架，提高了乘坐舒适性.越野车辆行驶过程中，除在正常的路面行驶之外，更多的是在条件复杂或极端恶劣的土地、山坡、凹凸不平和通过性差的路面行驶，这是对车架抗拉伸和抗弯扭性的严峻考验.所以采用高强度的结构钢作为车架材料，采用拥有优秀抗弯扭性能的箱形断面梁作为纵梁形式，横梁材料主要采用空心圆柱体，部分为箱形断面梁.所有的横纵梁均为冲压焊接而成［7］.该越野车主要性能参数如表1所示.表1 越野车主要性能参数 Tab.1 Main performance parameters of the off-road vehicle?2 建立车架有限元模型目前合肥工业大学尹安东和龚竞等分别利用Hyperworks对越野车车架进行了多工况静强度和动强度分析，并加入了简单的模态分析，虽得出了车架性能评估［8-9］，但因模型建立依据不明确，失去了分析研究的针对性，结论适用性不大.本文依据该越野车原厂的二维图纸，将CATIA中建立好的实体模型转到iges格式导入到Hyperworks软件中，利用hypermesh的中面提取功能Midsurface提取中面，并进行模型几何清理，通过消除损坏、空缺、叠加等模型问题，尽可能得到合格的网格质量［8］.模型高度简化后，可采用高密度自由网格划分，选取网格尺寸最大为5 mm，最小为0.2 mm.在划分结束后，对部分悬置点、以及有可能产生应力、应变的关键处进行网格细化处理.南京理工大学杨海平等将Hypermesh作为前处理软件，进行了车架螺栓、铆钉和焊点连接的模拟，采用cweld单元进行焊点模拟，虽建立有限元模型发生错误概率较小，但建立时间较长，分析效率不高［10］.本文考虑到车架为不规则物体，采用混合单元类型更能够真实地反映各个关键点处的应力、应变形态.所使用的六种单元类型如表2所示.经过网格划分后得到的有限元模型如图2所示，得到1 701 310个节点以及312 429个单元.图2 车架的有限元模型 Fig.2 Finite element model of frame表2 单元类型摘要 Tab.2 Element type summary?根据车架的设计和实际使用情况，设定材料参数为：16Mn钢材料密度为7 850 kg／m3，泊松比为0.28，弹性模量E=2.1×1011 Pa，屈服极限为400 MPa ［10］.3 有限元模态分析3.1 模态分析理论有限元模态分析通常可分为自由模态分析和约束状态下的模态分析两种.车架模态分析的原理是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，然后求解出车架系统的模态频率等模态参数.根据模态振动理论，系统运动微分方程为式中：［M］，［C］，［K］分别为质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵；｛u｝为位移向量.由于是无阻尼自由振动，则可省略阻尼项，即微分方程可简化如下系统的特征方程为求解特征方程即可获得系统模态参数，包括模态频率λi=ω2i和模态振型［11-13］.3.2 模态分析结果将Hypermesh中建好的越野车车架有限元模型导入到ANSYS中，进行自由模态分析，得到车架自由模态的前20阶频率及振型.其中前6阶模态频率小于1.77 Hz，这是由于车架在自由状态下会出现6个刚体模态［8］，它们对应的固有频率几乎为零，所以实际上是以第7阶自由模态为第1阶振型.图3 车架的前6阶模态振型 Fig.3 The first six order modal shape of frame目前国内研究只停留在对车架简单的模态分析，获得前10阶固有频率，以得出车架的共振情况，未对实验值的正确性进行理论验证，故实验分析值和结论的可靠度不高［4］.文中经有限元模态分析的理论计算值与实验模态分析结果相比较，如表3所示.由表3可看出：ANSYS理论计算值与实验模态分析的结果比较一致，相对误差不大，说明实验值准确，分析模型合适，分析结果可靠，可以作为实际设计参考.表3 车架模态分析结果与理论计算结果比较 Tab.3 Comparing frame modal analysis the results with theoretical calculations?由于越野车长期工作在条件苛刻的路面上，因此路面激励是引起车架产生共振主要因素.此外发动机转速激励也是引起车架产生共振重要原因.对于车架来讲，应通过以下四点作为评价指标：①车架固有频率应避开发动机怠速时的振动频率；②车架在行驶过程中应避开发动机常工作工况下的激振频率范围；③应避开平路及条件不佳的路面对车架的激振频率范围；④车架振动频率增长变化尽量平稳，不能出现频率突变［10］.3.3 模态分析结论1）一般情况下，路面给予车架的激励应当处于1～20 Hz之间，且悬架的偏振频率大致为1～1.9 Hz，根据发动机怠速时的转速为900 r／min，计算得到车架在怠速时的振动频率为28.334～31.667 Hz之间［14-15］.模态分析结果得出的车架最低阶振动频率为18.532 Hz，一定程度上可以避免由道路载荷和车轮不平衡而引起的共振；2）车辆的非簧载质量的固有频率一般6～15 Hz之间，对于车架更重要的应该是前3阶模态.根据对该车架的分析，该车架的前3阶固有频率为18.532 Hz，22.89 Hz，24.178 Hz，均大于15 Hz，所以，车架与非簧载部件发生共振的可能性很小.4 静力学分析越野车在行驶中的载荷主要来源于弯曲工况和扭转工况.其中弯曲载荷主要是车身、车载设备等负载产生的，而扭转载荷多为车辆在受到路面给予的多方向非对称激励导致的.本文所用的越野车架主要受到这两方面的影响，因此分析时所加的载荷是一致的，通过改变约束的位置和方向而达到求解静刚度、强度的应力和应变值［10］.4.1 静强度分析该车架所受的主要静载荷如表4所示.加载方式分别为：10个悬置点集中加载，发动机动力总成按照三点悬置集中加载.表4 车架的主要静载荷 Tab.4 Main strength of frame?研究静强度所加约束根据实际情况添加：车架与左前悬架连接处约束平动自由度UZ，车架与右前悬架连接处约束平动自由度UZ，UY，车架与左后悬架连接处与车架与右后悬架连接处分别约束平动自由度UX，UZ和平动自由的UX，UY，UZ.得到Von Mises等效应力云图如图4所示［9，16］.在ANSYS后处理中看到车架的结构强度，在弯曲工况下，车架的最大应力发生在第3根横梁和第4根横梁之间的连接处，这段梁为变截面多向纵梁，达到了66.449 MPa，而材料许用应力值为340 MPa，远远低于许用应力.则此处可以进行结构优化，减少材料使用量，可以考虑梁变细或者缩减壁厚.图4 静强度等效应力云图 Fig.4 Equivalent stress drawing of strength4.2 刚度分析4.2.1 弯曲刚度分析车架的弯曲刚度可以用车架在垂直载荷作用下产生的挠度来描述.弯曲刚度所加约束根据实际情况添加：车架与左前悬架连接处约束平动自由度UZ，车架与右前悬架连接处约束平动自由度UZ，UY，车架与左后悬架连接处约束平动自由度UX，UZ，以及车架约束与右后悬架连接处平动自由度UX，UY，UZ.在车架第5根横梁外加600 N的力，使车架发生弯曲变形.得到Von Mises等效应力云图如图5所示［9，16］.图5 弯曲刚度等效应力云图 Fig.5 Equivalent stress drawing of bending rigidity由弯曲刚度公式得［17］式中：EI为弯曲刚度，轴距a=3 060 mm，加载力F=600 N，由ANSYS分析的挠度f=0.7 mm.将以上数值代入式（1）中，求解得出弯曲刚度EI=5.1×105 N·m2.4.2.2 扭转刚度分析车架的扭转刚度可以用车架在扭转载荷作用下产生的扭转角来描述.扭转刚度所加约束根据实际情况添加：车架与右前悬架连接处约束平动自由度UZ，约束车架与左后悬架连接处UX，UZ，车架与右后悬架连接处约束平动自由度UX，UY，UZ，并在车架左纵梁悬架与车身连接点施加1 000 N的力，使车架发生扭转情况，因此得到Von Mises等效应力云图如图6所示.扭转工况等效应力云图表明，最大应力值为449 MPa，大于许用应力出现此应力集中的位置是在第2，第3根横梁与纵梁相接处.此处横梁应加粗，与纵梁应使用加厚焊［9，16］.由扭转刚度公式得［17］式中：CT为扭转刚度，MN·m2／rad；F=1 000 N为加载的集中载荷；L=800 mm为集中力产生的力矩；h=2.7 mm为载荷作用点处的挠度；a=3 060 mm为车架的轴距.将以上数值代入公式（2）中计算得到CT=7.25×105 MN·m2／rad.图6 扭转刚度等效应力云图 Fig.6 Equivalent stress drawing of torsional rigidity由于各种车型结构上的差别，还不能够合理地给出车架弯曲和扭转工况下的刚度定论，仍然需要对车架实施实际测试，这里只能给出大致的比较参数，为车架的优化和改进提供参考.5 结论1）进行有限元模态分析，获得了无阻尼自由振动下的前6阶振动频率，以及各个振动频率对应的振型.将有限元理论计算值与实验模态分析数据相比较，结果证明能在一定程度上避免共振现象发生，数据比较一致，误差较小，所构建的车架结构模型比较准确.与未经过正确性判定的实验值数据相比分析结果更为可靠，更能够直接作为车架动态设计的参考.2）求解计算得出车架的刚度和静强度分析，分析时间少，效率相对较高.分析应力应变云图可发现，车架的最大位移量和最大应力发生位置，对应力值远远小于屈服极限位置，可以采用减薄壁厚，节省材料；对应力超于许用应力值的位置，可以进行钢板加厚等措施，改善车架缺陷.综合以上分析结果，本文为车架的改进和优化提供了参考依据.参考文献：［1］Filho RRP，Rezende JCC，Leal MF，et al.Automotive frameoptimization［C］.12th International 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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。
§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动力学分析指南——模态分析ANSYS动力学分析是一种用于评估和优化机械结构、系统或装置的动态性能的分析方法。
其中模态分析是其中一种常见的分析类型，通过模态分析可以获取结构的固有频率、振型和模态质量等信息，从而更准确地评估结构的动态响应。
下面是一个ANSYS动力学模态分析的步骤指南：1.导入几何模型：首先，需要将几何模型导入到ANSYS中。
可以使用ANSYS自带的几何建模工具创建模型，也可以从CAD软件中导入现有模型。
在导入几何模型时，需要确保模型的几何尺寸和几何形状正确无误。
2.建立材料属性：为了进行动力学分析，在模型中必须定义材料的属性。
这包括材料的密度、弹性模量、泊松比等。
如果需要考虑材料的各向异性，还需要定义合适的各向异性参数。
3.设置边界条件：为了模拟真实工程环境下的载荷作用，需要为模型设置适当的边界条件。
这包括固支约束、加载条件和约束条件等。
在模型中的各个节点上，需要确保边界条件的正确性和合理性。
4.选择求解器类型：ANSYS提供了多种求解器类型，可以根据实际需求选择合适的求解器。
在动力学模态分析中，通常使用的是频域求解器或模型超级定法(Modal Superposition Method)求解器。
5.网格划分：在进行动力学模态分析之前，需要对模型进行网格划分。
网格划分的目的是将连续的结构离散为有限的单元，从而对模型进行数值求解。
在网格划分时，需要根据模型的复杂程度和准确性要求进行适当的划分。
6.设置求解参数：在进行动力学模态分析之前，需要设置一些求解参数。
这包括求解器的收敛准则、求解的频率范围和预期的模态数量等。
这些参数的设置可以影响到求解结果的准确性和计算效率。
7.进行模态分析：设置好求解参数后，可以进行动力学模态分析。
在分析过程中，ANSYS会通过计算结构的固有频率和振型来评估结构的动态响应。
如果需要获取更多的信息，可以通过后处理功能查看模态质量、模态阻尼和模态形状等结果。
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、相对应力和力等所有图片大小可以自己调节实例1.在开始菜单中启动Mechanical APDL Product launcher;如图1所示其中Working Directory代表你的工作路径;也就是所有ansys的生成文件都存在这个文件加下..而job Name 就代表你所做实例的名字;实例中我们将目录设为F盘;工作名设为model2.最后点击run运行进入ansys界面..如图2所示..图22.定义单元类型拾取菜单Main M--Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete;如图3所示..然后单击;图3然后单击add按钮..如图4所示;单击ok ;选择solid5单元;这样就完成了对单元的选择..然后再单击图3中的close按钮..图43.定义材料属性拾取菜单Main Menu-Preprocessor--Material Props-Material Models.弹出对话框;如图5所示..定义相对介电常数..在右侧列表中依次双击"electromagnetic";"relative permittivity"; "orthotropic".输入相关参数..图5在右侧再点击Density;如图6所示..定义材料的密度..密度为7500;单击ok..图6在右侧在依次点击“Piezoelectrics”“Piezoelectric matrix”定义压电应力矩阵;如图7所示..输入相关参数..单击ok..图7在右侧列表中依次双击"Structural"; "Linear"; "Elastic"; "Anisotropic"如图8所示;定义各向异性弹性矩阵设置;输入参数;单击ok..图8点击Material-Exit完成对材料的定义..4.建模选取菜单Parameters-Scalar Parameters 在selection中输入L=10E-3然后点击accept;再输入h=20e-3;点击accept;按照相同的步骤输入;w=10e-3;a3=1000.如图9所示..图9点击close..拾取菜单Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- Keypoints-In Active CS 弹出对话框;如图10所示;输入1;创建关键点1;坐标为0;0;0.点击apply..图10再输入如图11所示图11点击apply..输入图12所示..图12图13建立四个关键点..复制关键点选取modeling-copy-keypoints 弹出选框;如图14所示..点击pickall弹出图15所示的选框;输入参数;单击ok..复制一份;向z轴偏移距离为H..图14 图15改变视角选取plotctrls-pan zoom rotate-iso 然后点击close是原始坐标系不显示选取plotctrls-windows controls-windows options 如图16所示选取no shown 点击ok..图16创建直线Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- line-line-straight line 选取点1和5;点击ok..划分直线网格;分为4份..Main Menu – Preprocessor-meshing-size cntrls-manual size-line-all lines;如图17所示;点击ok..图17通过关键点创建面;Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create-areas-arbitrary-through kps 弹出选框;选取点1;2;3;4..通过面拉伸体;Main Menu - Preprocessor – Modeling-operate-extrude-areas-along lines 弹出选框;选取刚才那个形成的面;单击ok;然后再选取前面我们建立的线;点击ok;形成的体如图18所示..图185.网格划分显示线号 plotctrls-numbering line numbers前打钩..点击ok..图19所示图19显示线 plot-lines选取meshing-mesh tool 如图20所示..选取line后边的set 弹出选框;选取线11.和13;单击ok;弹出如21所示;输入2;单击ok..划分为两部分..图20 图21选取 hex ;mapped;点击mesh tool 中的mesh弹出选框;选取体;单击ok..如图22所示..图226.施加约束选取节点 select-entities 弹出如图23所示的对话框;点击ok..图23拾取菜单Main Menu--Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement-symmetry b.c-on nodes 弹出图24选框;单击ok..图24同理约束y轴;将图24中改为y轴;单击ok..7.分析类型拾取菜单Main Menu-Solution-Analysis Type-New Analysis..弹出对话框;选择"Type of Analysis"为"Modal";单击"OK"按钮..8.指定分析选项拾取菜单Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options..弹出对话框;在"No. of modes to extract"文本框中输入10.扩展模态数为10如图25所示;单击ok..图25频率范围50000到150000;图26所示;单击ok..图26约束z=0和z=h的面的节点电压为0.选取节点 select-entities 弹出如图27所示的对话框;点击ok..图27 图29拾取菜单Main Menu--Solution-Define Loads-Apply-electric-boundary-voltage-on node如图28所示;单击ok..图28同理定义z=h;电压为0.如图29.所示施加约束时;先选取该面上的节点;然后直接施加就是该面的约束..在每一步施加约束时;我们都先选择该面上的节点后再施加..图23;27;29都是选择相应面上的节点..然后是假载荷;不然施加的是全部节点..9.求解拾取菜单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;即可查看结果了..10列表固有频率拾取菜单Main Me-General Postproc-Results Summary..弹出窗口;列表中显示了模型的前10率;可以看出结果虽然存在一定的误差;但与解析解是基本符合的..查看完毕后;关闭该窗口..11. 拾取菜单Main Menu-General Postproc-Read Results-First Set12.用动画观察模型的一阶模态拾取菜单Utility Menu-PlotCtrls-Animate-Mode Shape..弹出对话框;单击“OK”按钮..观察完毕;单击“Animation Controller”对话框的"close"按钮13.观察其余各阶模态拾取菜单Main Menu-General Postproc-Read Results-Next Set.依次将其余各阶模态的结果读入;然后重复步骤1观察完模型的各阶模态后;请读者自行分析频率结果产生误差的原因;并改进以上分析过程..图30图30为各阶自振频率图31图31为1阶振型总结;再施加约束时;仅仅是几个面;如果忽略图23;27;29这几个过程;那结果可想而知..如果出错;仔细检查;你添加的边界约束是否正确;重复修改;结果就是这个..我只是把别人的例子详细的做了一遍..比较适合初学者..。
ANSYS模态分析首先，我们来了解一下ANSYS模态分析的原理。
模态分析的目标是找到系统的固有振动特性，包括自然频率、振型和振幅。
通过模态分析，可以确定系统的临界频率，从而避免共振现象的发生。
模态分析基于有限元法，将结构划分为多个有限元，然后在每个有限元上求解固有值问题。
在求解过程中，系统的刚度矩阵和质量矩阵起到了重要作用。
通过求解固有值问题，可以得到系统的自然频率和振型。
模态分析的步骤如下：1.创建模型：首先，需要创建一个准确的模型，包括结构的几何形状、材料属性和支撑约束。
2.网格划分：接下来，将结构划分为多个有限元，对结构进行网格划分。
划分的精度将直接影响到分析结果的准确性和计算的效率。
3.定义材料和边界条件：为模型中的每个有限元分配相应的材料属性，包括材料的弹性模量、泊松比和密度等。
然后，定义边界条件，包括结构的支撑约束和加载条件。
4.求解固有值问题：使用ANSYS软件中的模态分析模块进行求解。
该模块将自动构建刚度矩阵和质量矩阵，并求解固有值问题。
求解后，可以得到系统的自然频率和振型。
5.结果分析：最后，对模态分析的结果进行分析。
通过观察振型，可以了解结构的振动模式。
通过自然频率，可以判断结构的稳定性。
ANSYS模态分析的应用非常广泛。
在航空领域，它可以用于分析飞机结构的自然频率和振型，以确保结构的稳定性和安全性。
在汽车领域，它可以用于分析汽车的悬挂系统、底盘和车身等结构的自然频率和振型。
在建筑领域，它可以用于分析建筑物的振动响应，以确保结构的稳定性和抗震性能。
以下是一个实例，展示了ANSYS模态分析的具体应用：考虑一个简单的悬臂梁结构，长度为L，截面为矩形，宽度为b，高度为h。
悬臂梁的一个端点固定，另一个端点受到一个集中力P的作用。
首先，在ANSYS中创建该悬臂梁的几何模型，并进行网格划分。
然后，定义悬臂梁的材料属性，如弹性模量E和密度ρ。
接下来，定义边界条件，包括悬臂梁的支撑约束和加载条件。
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。
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。
