ANSYS 圆管模态分析实验报告

圆管模态分析实验报告一、问题描述图1为一薄壁圆管，壁厚为0.216m，直径为6m，高度为10m。

圆管的材料密度为7800kg/m^3，弹性模量为210Gpa，泊松比为0.3。

圆管底部固定，试分析此薄壁圆管的模态。

图1 薄壁圆管模型二、问题分析1、什么是模态及本题的模态阶数选取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。

通过模态分析可以得出物体在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可以预知结构在此频段内，在外部或内部各种振源作用下实际振动反应。

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。

一个物体有很多固有振动频率（理论上是无穷多个），按照从小到大的顺序，第一个就叫一阶固有频率，以此类推。

模态的阶数对应固有频率阶数。

一般，低阶模态刚度相对比较弱，在同样量级的激励作用下，响应会相对所占的权值大一些，所以工程上低阶模态比较受关注，理论上低阶模态理论也相对成熟。

且用有限元进行模态分析计算，阶数越高，误差越大。

此题中分析对象比较简单，所以选取前5模态进行分析已经满足工程需要。

2、网格单元的选取此薄壁圆管由于壁厚远远小于直径，均匀壁厚，材料结构简单，所以单元类型可以选用shell 93—八节点结构壳单元。

3、网格划分类型的选取有限元分析的精度和效率与单元的密度和几何形状有密切关系，按照相应的误差准则和网格疏密程度，应该避免网格的畸形，因此，划分网格时，应尽量采用映射网格模式划分。

本题中，圆管形状规则，采取映射网格进行划分。

三、解题步骤1、建立工作文件名及工作标题选择Utility→File→Change Jobname 命令，出现Change Jobname对话框。

在Enter new jobname栏输入工作文件名：Tube。

选择Utility→File→Change Title命令，输入工作标题：Mode analysis of tube。

完成建立。

基于ANSYS软件的排气管模态有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对排气管的模态进行分析,计算出排气管的固有频率和振型。

然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为排气管的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。

二、问题分析如图1所示为简单排气管模型，包含三段尾管模型，采用Workbench软件建立几何模型，模型尺寸自行定义，尺寸定义要符合实际，并分析三段尾管的自由模态，不同尾管之间采用绑定接触连接，每段尾管的材料均为不锈钢。

图1 排气管三、有限元建模首先进行几何模型建立，先建立中间断尾管的几何模型，排气管建立面体模型即可，首先建立线体截面，然后通过旋转生成几何实体。

旋转草绘面，并进行对称，最终建立中间段尾管几何模型。

再建立第三段尾管模型，首先建立端部直径为50mm的圆，并拉伸16mm，再在距离该圆端部15mm位置建立基准平面，并建立直径为40mm的草绘图，并拉伸80mm通过融合功能，连接直径50mm和40mm的两个圆的端面将上图最右端的圆环面绕距离Y轴200mm的中心轴旋转20°，随后拉伸180mm，最终几何模型如下所示：同理再建立第一段尾管，并对几何过度位置进行适当倒角，最终排气管模型如下图所示：如图 2所示，采用材料默认的结构钢材料即可，材料的杨氏模量为2e11Pa，泊松比为0.3，密度7850kg/m3，三个部件材料均为结构钢。

图 2 材料定义对排气管模型进行网格划分，网格尺寸设置为4mm，网格模型如下所示，自由模态分析不需要施加任何载荷。

图8 网格模型四、有限元计算结果模态分析是研究结构动力特性一种方法，一般应用在工程振动领域。

其中，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。

分析这些模态参数的过程称为模态分析模态分析的作用，往往是为了能够知道所分析结构的模态频率、模态振型等结果。

结构线性静力分析一、问题描述分析如下图所示具有圆孔的矩形板在拉伸状态下的应力分布。

1.0 m×2.0 m的矩形板，厚度为0.03 m，中心圆孔直径为0.25 m，弹性模量为207GPa，泊松比0.3，端部受拉伸载荷600 N。

二、有限元分析步骤1)选用solid45单元。

2)定义材料系数。

弹性模量为207e9Pa，泊松比为0.3。

3)建立模型。

Modeling>create>volumes>block>by dimensions。

X1,x2;y1,y2;z1,z2分别取-1,1；-0.5,0.5；0,0.03，得到矩形板。

创建圆柱体：Modeling>create>volumes>cylinder>by dimensions，半径为0.125m，深度为0.03m。

进行布尔操作：Modeling>operate>booleans>subtruct>volumes，选择矩形板，点击apply，选择圆柱体，点击ok。

4)划分网格。

选择Utility Menu>WorkPlane>Display Working Plane，然后选择Utility>WorkPlane>Offset WP by Increments，在Offset WP对话框的Degrees框中输入：0,-90,0然后点击OK确定。

Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu byWrkPlane，选择Pick All，图形窗口中将显示模型被工作平面一分为二。

类似地，通过移动工作平面的位置，最后将几何模型剖分。

选择Modeling>Operate>Booleans> Glue>Volumes，在对话框中选择Pick All，将剖分开的各部分模型粘接在一起。

选择Size control>Lines>set，将圆孔周边的线段和中线小正方型的线段都设定为10段，厚度方向的线段设定为6段，然后选择Mesh处下拉菜单为volume，shape设定为sweep，点击sweep，然后点击select all，然后点击OK确定。

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。

ANSYS 模态分析实例5.2ANSYS 建模该课题研究的弹性联轴器造型如下图 5.2 :图勺2弹性联轴器1-联接柴油机大铁圈；茁橡胶膜片；3-联接电动机小铁圈在ANSYS 中建立模型，先通过建立如5.2所式二分之一的剖面图，通过绕中轴线旋转建立模拟模型如下图 5.3资料个人收集整理，勿做商业用途_.:q:4 1(.片三 _」」_止5.3单元选择和网格划分由于模型是三给实体模型，故考虑选择三维单元，模型中没有圆弧结构，用六面体单元划分网格不会产生不规则或者畸变的单元，使分析不能进行下去，所以采用六面体单元。

经比较分析，决定采用六面体八结点单元SOLID185，用自由划分的方式划分模型实体。

课题主要研究对象是联轴器中橡胶元件，在自由划分的时候，中间件2网格选择最小的网格，smart size设置为1,两端铁圈的smart size设置为6,网格划分后模型如图5.4。

资料个人收集整理，勿做商业用途5.4边界约束建立柱坐标系R- &Z,如5-5所示，R为径间，Z为轴向选择联轴器两个铁圈的端面，对其面上的节点进行坐标变换，变换到如图5.5所示的柱坐标系，约束节点R，Z方向的自由度，即节点只能绕Z轴线转资料个人收集整理，勿做商业用途5.5联轴器模态分析模态分析用于确定设计中的结构或者机器部件振动特性（固有频率和振型），也是瞬态变动力学分析和谐响应分析和谱分析的起点。

资料个人收集整理，勿做商业用途在模态分析中要注意：ANSYS模态分析是线性分析，任何非线性因素都会被忽略。

因此在设置中间件2的材料属性时，选用elastic材料。

资料个人收集整理，勿做商业用途5.5.1联轴器材料的设置材料参数设置如下表5-1 :表5.1材料参数设置表5.1材料参数设置5.5.2联轴器振动特性的有限元计算结果及说明求解方法选择Damped方法，频率计算结果如表5-2，振型结果为图5.6：表5.2固有频率ANSYSJ(JL Z4 2003DLSPLA 匚 HUENT STEP ■丄 DK 兀■■占 7VNSYSJUL 24 2005X2i27s331阶提型2阶振型4 / 16rrrp-i5X®屹0忙：-1.41®&l^LACE«ETiTSTEP-cli SUE >4MX ・U15一 - __ H ----- ・ ---------ANSYS3阶振型max趴二I(FL 2£QE12:33:244阶振型附6振型(I) 一阶振型频率为40.199Hz,振型表现为大铁圈和中间件顺时针旋转(从小铁圈观察)，小铁圈逆时针旋转。

文章编号:1006-1355(2008)04-0017-03基于ANS YS 的压缩机管系结构振动模态分析姜文全,杨 帆,王茂廷,王 莲(辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001)摘 要:介绍建立管系结构固有频率和振型向量方程的基本理论,建立管道结构的动力有限元方程,用ANSY S 程序对其分析,得出管系结构固有频率和振型,从而判断管系是否与其它系统产生共振,并为管系的动态设计和减振提供依据。

关键词:振动和波;压缩机;有限元法;模态分析中图分类号:TH 45;O 241.82 文献标识码:AM odal Analysis of Structural V i brati on for the Co m pressorP i pi ng Syste m on ANS Y SJI ANG W en quan,Y ANG Fan,WANG M ao ting,WANG L ian (Schoo l ofM echan ica lEng ineeri n g ,L iaoni n g Sh i h ua U niversity ,Fushun L iaon i n g 113001,Ch i n a)Abst ract :This article i n troduced ele m entary theory of the p i p eli n e str ucture natural frequency andm ode shape vector equati o n .The dyna m ical fi n ite e le m ent equati o n o f t h e pipeline structure was estab lished .U sing ANSYS procedure ,the p i p eli n e str ucture natural frequency and m ode shape w ere obta i n ed ,through wh ich the j u dge m ent o f the pipeline resonance is prov i d ed .K ey w ords :v i b rati o n and w ave ;co m pressor ;fi n ite ele m ent m ethod;m oda l analysis 收稿日期:2007 09 03作者简介:姜文全(1979-),男,辽宁省锦州市人,助教,硕士,主要从事化工机械振动研究工作。

ANSYS 模态分析中如何提取指定方向的模态问题：：一个圆形梁结构，一端固定，另一端自由。

在进行模态分析时，分析出来的结果包括绕轴向（假设为X轴）的扭转振动、另两个方向的弯曲振动，沿轴向的纵向振动，有没有办法从所有频率中提取出某个特定方向的振动频率，如只提取绕Y 轴的弯曲振动频率？回答：在求解模态的过程中，接近求解结束时，求解器会输出各个模态在6 个自由度方向的参与因子、有效质量等数据，可以用来判断不同固有频率的主要振动方向，就可以满足你的要求了。

如下是我做的一个试验模型，各固有频率在X 方向的相应数据，其中：第4 列- 参与因子partic.factor、第5 列- RATIO 比率倒数第2 列- EFFECTIVE MASS 有效质量都可以用来判断该自由度方向的主要振动频率。

其中数值较大的频率即为x 方向的主要振动频率：***** PARTICIPATION FACTOR CALCULATION ***** X DIRECTION - X 方向参与因子计算CUMULATIVEMODE FREQUENCY PERIOD PARTIC.FACTOR RATIO EFFECTIVE MASS MASSFRACTION1 0.222317E-02 449.81 0.39705E-07 0.000000 0.157649E-14 0.628139E-232 0.331743E-02 301.44 14588. 1.000000 0.212818E+09 0.8479573 0.332245E-02 300.98 0.86343E-06 0.000000 0.745503E-12 0.8479574 0.413432E-02 241.88 0.11602E-08 0.000000 0.134596E-17 0.8479575 0.451291E-02 221.59 6143.4 0.421117 0.377411E+08 0.9983346 0.544085E-02 183.79 0.50899E-09 0.000000 0.259072E-18 0.9983347 0.982385E-02 101.79 -0.48139E-08 0.000000 0.231739E-16 0.9983348 0.109711E-01 91.148 -0.11082E-09 0.000000 0.122817E-19 0.9983349 0.146079E-01 68.456 -542.28 0.037172 294063. 0.99950510 0.152870E-01 65.415 -0.93445E-09 0.000000 0.873195E-18 0.99950511 0.153817E-01 65.012 0.48326E-09 0.000000 0.233540E-18 0.99950512 0.194497E-01 51.415 352.40 0.024156 124187. 1.0000013 0.203595E-01 49.117 0.83660E-07 0.000000 0.699905E-14 1.0000014 0.216013E-01 46.293 -0.29377E-06 0.000000 0.863011E-13 1.0000015 0.221281E-01 45.191 0.10871E-05 0.000000 0.118169E-11 1.00000SUM OF EFFECTIVE MASSES= 0.250978E+09例如，使用其中的有效质量(EFFECTIVE MASS) 来判断X 方向的主要振动模态，即几个有效质量较大的模态，在此为频率2，5，9，12。

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。

有限元上机实验报告姓名柏小娜学号0901510401实验一一 已知条件简支梁如图所示，截面为矩形，高度h=200mm ，长度L=1000mm ，厚度t=10mm 。

上边承受均布载荷，集度q=1N/mm 2，材料的E=206GPa ，μ=0.29。

平面应力模型。

X 方向正应力的弹性力学理论解如下：)534()4(622223-+-=h y h y q y x L h q x σ二 实验目的和要求（1）在Ansys 软件中用有限元法探索整个梁上x σ，y σ的分布规律。

（2）计算下边中点正应力x σ的最大值；对单元网格逐步加密，把x σ的计算值与理论解对比，考察有限元解的收敛性。

（3）针对上述力学模型，对比三节点三角形平面单元和4节点四边形平面等参元的求解精度。

三 实验过程概述（1） 定义文件名（2） 根据要求建立模型：建立长度为1m ，外径为0.2m ，平行四边行区域 （3） 设置单元类型、属性及厚度，选择材料属性： （4） 离散几何模型，进行网格划分 （5） 施加位移约束 （6） 施加载荷（7） 提交计算求解及后处理 （8） 分析结果四 实验内容分析（1）根据计算得到应力云图，分析本简支梁模型应力分布情况和规律。

主要考察x σ和y σ，并分析有限元解与理论解的差异。

由图1看出沿X 方向的应力呈带状分布，大小由中间向上下底面递增，上下底面应力方向相反。

由图2看出应力大小是由两侧向中间递增的，得到X 方向上最大应力就在下部中点，为0.1868 MPa 。

根据理论公式求的的最大应力值为0.1895MPa 。

由结果可知，有限元解与理论值非常接近。

由图3看出Y 的方向应力基本相等，应力主要分布在两侧节点处。

图 1 以矩形单元为有限元模型时计算得出的X 方向应力云图图 2 以矩形单元为有限元模型时计算得出的底线上各点x 方向应力图（2）对照理论解，对最大应力点的x σ应力收敛过程进行分析。

列出各次计算应力及其误差的表格，绘制误差－计算次数曲线，并进行分析说明。

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。

实验二圆板各阶固有频率及主振型的测量一、实验目的（1）学会用敲击法测量圆板横向振动的低阶固有频率和阻尼比。

（2）掌握用模态分析法测量圆板振动的各阶振型。

二、实验系统框图三、实验原理参考简支梁模态试验原理，采用单点响应，多点激励的方法。

四、实验步骤1.连接仪器将力锤信号接入采集器通道1，位移传感器（或小型加速度传感器）信号接入通道2。

2.建模建立圆盘的几何模型，将圆盘径向2等分，周向6等分，内圈固支，布置测量点，编写测点号。

3.参数设置打开动态采集分析仪电源，启动分析软件，选择分析/频响函数分析，点击右键，信号选择/频响函数。

（1）分析参数设置.采样率：2kHz；触发方式：信号触发；延迟点数：-100；平均方式：线性平均；平均次数：5；频域点数：800；预览平均：√；窗函数：力信号，力窗；响应信号，指数窗。

（2）系统参数设置：参考通道：通道1。

灵敏度：将两个传感器输入相应的通道灵敏度设置栏内。

量程范围：调整量程范围，使实验数据达到较好的信噪比。

模态参数：编写测点号和方向。

采用多点激励单点响应法时，如果测量1号点的频响函数数据，在通道1（力锤信号）的模态信息/节点栏内输入1，测量方向输入+Z，响应通道（位移传感器信号）内输入传感器放置的测点号，方向为+Z。

4.频响函数测量新建四个显示窗口，分别显示频响函数数据、相干函数及通道1和通道2的时间波形。

编写测点号和方向，再平衡清零之后开始采样。

采样后，观测力信号有无连击或过载，相干函数质量如何，在确保测量的频响函数无误后保存数据，然后移动敲击点进行其他测点的测量。

注意当力锤移动到其他点进行敲击时，必须相应地修改力锤通道的模态信息/节点栏内的测点编号，且每次移动力锤后都要新建文件。

5.模态分析所有测点的数据采集完成后，打开模态软件，建立圆盘的几何模型，输入测点编号；导入测量数据，注意选择单点响应，多点激励测量方式。

利用软件提供的几种方法分别进行参数识别。

6.振型观察识别得到的模态参数可动画显示在几何模型上。

桌面受力有限元分析报告班级：机自0805姓名：刘刚学号：200802070515摘要：本报告是在ANSYS10.0的平台上，采用有限元静力学分析方法，对桌面受力进行应力与变形分析。

一、问题描述：桌面长1500mm，宽800mm，厚50mm，桌脚长650mm,为空心圆管,外径70mm,内径60mm,桌面中央300mmX150mm的区域内承受2.5 Mpa的压力，四个桌脚完全固定，假设所有材料为铝合金,弹性模量E=7.071×104 Mpa，泊松比μ=0。

3。

试用Shell63单元模拟桌面、Beam188单元模拟桌脚，分析此桌子的变形及受力情况。

假设桌子的垂直方向最大变形量的许用值为0。

5％(约7。

5mm),该设计是否满足使用要求，有何改进措施?二、定义类型：（1）定义单元类型 63号壳单元和188号梁单元（2）定义材料属性弹性模量E=7.071×104 Mpa泊松比μ=0.3(3）定义63号壳单元的实常数，输入桌面厚度为50mm定义梁单元的截面类型为空心圆柱,内半径30mm，外半径35mm（4) 建立平面模型(5）划分网格利用mapped网格划分工具划分网格（6)施加载荷将四个桌脚完全固定，在桌面中央300mmX150mm的区域内施加向下的2.5 Mpa压力三、分析求解（1）变形量（2）位移云图（3）应力云图四、结果分析根据位移云图可知，蓝色地方的变形量最大，最大变形量为：10.048mm根据应力云图可知，红色地方所受的应力最大，最大应力为：191.73Mpa五、结论由于桌子垂直方向最大变形量为10.048mm，而材料最大许用变形量为7。

5mm 即SMX=10.048mm＞［SMX＝7。

5mm]故:此设计不满足要求，应该重新选择材料。

基于ANSYS圆盘类零件模态分析作者：聂秀利来源：《职业·下旬》2012年第03期摘要：基体法兰圆盘类零件在机器转动过程中经常应用，且伴随着一定的振动。

本文利用ANSYS软件对某机器的法兰盘进行了模态分析，模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径，从而为以后应用过程中提供了依据。

关键词：法兰盘 ANSYS 模态分析圆盘类零件是在机械传动中经常用到的零件，主要是用来传递一定的转矩。

在使用此零件过程中，要注意其中的振动，不然会使传递的转矩损失，对机器造成一定的破坏。

ANSYS软件是由美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(Finite Element Analysis，FEA)软件，已广泛应用于机器、建筑物、船舶等，其动力学分析中的模态分析直接对零件振动特性做出数据，经过分析，会避免由扭转变形等带来的不利影响，防止零件的断裂。

用ANSYS对其作出分析，能够防止机器由于振动等带来的不利影响。

一、法兰盘的建模法兰盘的材料为Q235A，密度7.8×103kg／m3，泊松比为0.3，弹性模量145GPa。

利用Solidworks软件对法兰盘进行建模，保存格式为Parasolid（*.x_t）类型，并导入ANSYS环境中。

Solidworks建模如图1所示。

二、网格的划分网格划分采用智能网格划分，定义单元类型为二十节点三维单元SOLID186，网格的大小为5，节点数11915，单元数7335。

如图2所示。

三、模态分析模态求解，采用Block Lanczos法，设置提取模态和扩展模态的数目为15，设置频率范围为0至100000，边界约束条件为零位移约束。

分析结果如图3和图4所示。

图3为总的应力图。

从图中可知，在动态过程中，此零件旋转的应力变化不大，主要是在孔的边缘处，显示应力集中的现象。

在应用此零件时，主要是用必要的措施，减小孔的边缘部位应力集中，防止由于应力集中而发生断裂的现象。

ANSYS模态分析实例ANSYS模态分析是一种用于计算和预测结构的固有频率和振动模态的方法。

模态分析可用于确定结构的固有频率、振动模态形状和模态质量，并且在设计和优化过程中具有广泛的应用。

下面将通过一个实例来介绍如何使用ANSYS进行模态分析。

假设我们有一个简单的悬挑梁结构，长度为L，截面积为A。

我们的目标是计算该结构的固有频率和模态形状。

第一步是创建模型。

使用ANSYS的建模工具，我们可以创建一个简单的悬挑梁结构。

设置结构的几何尺寸和材料属性（如悬挑梁的长度、截面积以及材料的弹性模量等）。

第二步是设置边界条件。

在模态分析中，我们需要定义结构的固定边界条件，以模拟实际应用中的约束情况。

对于悬挑梁结构，我们可以指定其一个端点固定。

第三步是应用模态分析。

在ANSYS中，我们可以选择适当的模态分析方法。

常用的方法包括隐式和显式求解器。

我们可以选择其中一种方法，并设置分析的参数，如求解器的精度和迭代次数等。

第四步是进行计算和分析。

启动计算后，ANSYS将计算结构的固有频率和模态形状。

计算结果将显示为结构的振动模态和对应的频率。

通过分析不同的模态，我们可以了解结构的振动行为和不同模态之间的关系。

第五步是结果分析和优化。

分析得到的结果后，我们可以对结构进行优化。

通过调整结构的几何形状、截面积或材料属性等参数，我们可以改变结构的固有频率和模态形状，以满足特定应用需求。

总结：以上是使用ANSYS进行模态分析的简要步骤。

通过模态分析，我们可以了解结构的振动特性，并优化结构以避免共振和振动问题。

ANSYS提供了强大的工具和功能，可帮助工程师进行模态分析和改进结构设计。

在实际应用中，模态分析对于航空航天、建筑工程和汽车工程等领域都有重要的应用价值。

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。

通过该实验掌握如何用ANSYS进行有预应力的结构的模态分析。

一．问题描述本实验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5阶固有频率及其对应的模态振型。

轮盘截面形状如图所示，该轮盘安装在某转轴上以12000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DENS＝7.8E-9Tn/mm3。

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)6(-15, 12, 0)R5=3二．分析具体步骤1. 定义工作名、工作标题、过滤参数定义工作名：Utility menu > File > Jobname工作标题：Utility menu > File > Change Title（姓名）2. 选择单元类型本实验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，具体操作如下：Main Menu >Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete“ Structural Solid”→“ Quad 4node 42” →Apply（添加PLANE42为1号单元）“ Structural Solid”→“ Solid 45” →ok（添加六面体单元SOLID45为2号单元）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，关闭Element Types (单元类型定义)对话框，完成单元类型的定义。