ANSYS模态分析实例-均匀直杆的固有频率

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。

基于ANSYS响应面方法优化泵组电机架固有频率杨永彬;程世福;付强【摘要】某型号立式泵在约20 Hz处出现共振,造成较大振动.由于现场条件限制,只能调整部分结构尺寸.采用响应面优化方法对立式泵出口段上方的电机架的几何尺寸进行了优化,优化变量为电机架高度、法兰厚度和筋板尺寸,目标函数为固有频率.优化后的电机架有效地提高了系统的固有频率,避免了共振现象的发生.原结构一阶固有频率为19.524 Hz,优化后频率为26.793 Hz,二阶固有频率为20.306 Hz,优化后频率为26.957 Hz,水平振动速度幅值从11.3 mm/s降低至2.1 mm/s,竖直振动速度幅值从16.9 mm/s降低至2.3 mm/s.【期刊名称】《化工设备与管道》【年(卷),期】2019(056)001【总页数】5页(P52-56)【关键词】离心泵;响应面;优化;共振;固有频率;几何尺寸【作者】杨永彬;程世福;付强【作者单位】大连深蓝泵业有限公司,辽宁大连116031;大连深蓝泵业有限公司,辽宁大连116031;大连深蓝泵业有限公司,辽宁大连116031【正文语种】中文【中图分类】TQ051.2;TH311振动是旋转机械不可避免的现象，当外界激励的频率与系统频率接近时，会发生共振现象[1-2]，共振会引起机械和结构很大的变形和动应力，甚至会直接造成破坏性事件[3-4]。

为了降低共振危害，一般采用改变系统频率的方式。

但对于旋转机械设计已完成乃至运行后发生的共振，易改变旋转机械自身的固有频率，因此需要对易于修改的某些附件进行修正，从而调整整个系统的固有频率[5-6]。

由于附加部件的功能和外形尺寸往往受到整个旋转机械系统的约束，因此对附件的修正较为困难。

近年来，优化算法被广泛应用于机械结构尺寸的优化[7-8]，以达到诸如减震、减重、增加强度或刚度等目的[9]。

本文即以某型号立式泵的电机架优化为例，采用响应面优化的方法，在电机架的外形尺寸受限的情况下，对电机架的尺寸进行优化，提高了电机架的固有频率，避免了共振现象的发生[10-11]。

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。

基于ANSYS汽车连杆的模态分析摘要：振动现象是机械结构经常需要面对的问题之一。

由于振动会造成结构的共振或或疲劳，从而破坏结构。

所以必须了解结构固有的频率和振型，避免在实际工况中因振动因素造成结构的损坏。

模态分析主要研究结构或机器部件的结构特性，将得到结构的固有频率和振型，对复杂结构进行精确的模态分析，将为评价现有结构的特性特性、新产品和诊断动态性能的预估及优化设计，提供科学的依据。

关键词：ansys；汽车连杆；模态分析1引言汽车众所周知的最常用的交通工具之一，在整个汽车的复杂系统中，发动机就是其中最重要的之一，常常也称作汽车的心脏。

当汽车发动机工作时，活塞燃烧室产生的气体其爆炸力通过连杆传递给曲轴，曲轴带动飞轮转动从而将动力输出。

在这工作的过程中，发动机连杆在传递燃料爆炸作用力的同时也承受了最大最强烈的冲击力、动态应力，因此,连杆成为发动机动力学负荷最高的部件。

连杆是发动机传递力最重要的零部件之一，同时也肩负着传递力的方向的重任。

所以,汽车发动机连杆的质量和性能就直接关系到整个发动机工作的稳定性以及故障率。

利用有限元对汽车连杆零部件进行模态分析,有利于对连杆零部件更科学的使用。

2基本原理2.1ANSYS简介ANSYS软件是可以处理的分析类型：结构分析、热分析、电磁分析、流体分析、耦合场分析。

结构分析首先待求的自由度是位移，而其他量诸如应变、应力、反应力等均是通过位移值来得到的。

在ANSYS中，结构分析主要包括7种：静力分析、模态分析、谱分析、瞬态动力学分析、谐响应分析、特征屈服分析、专项分析。

而模态分析是本论文的着重应用，主要分析用于计算结构的自然频率和振型，用于解决实际生活中的机械振动。

2.2ANSYS模态分析简介结构动力学分析不同于静力学分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用效果。

模态分析是动力学分析功能的一种。

动力学分析是用来确定质量（惯性）和阻尼起重要作用的结构和构件动力学特性的技术。

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。

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。

《有限元教程》20例ANSYS经典实例有限元方法在工程领域中有着广泛的应用，能够对各种结构进行高效精确的分析和设计。

其中，ANSYS作为一种强大的有限元分析软件，被广泛应用于各个工程领域。

下面将介绍《有限元教程》中的20个ANSYS经典实例。

1.悬臂梁的静力分析：通过加载和边界条件，研究悬臂梁的变形和应力分布。

2.弯曲梁的非线性分析：通过加载和边界条件，研究受弯曲梁的非线性变形和破坏。

3.柱体的压缩分析：研究柱体在压缩载荷作用下的变形和应力分布。

4.钢筋混凝土梁的受弯分析：通过添加混凝土和钢筋材料属性，研究梁的受弯变形和应力分布。

5.圆盘的热传导分析：根据热传导方程，研究圆盘内部的温度分布。

6.输电线杆的静力分析：研究输电线杆在风载荷和重力作用下的变形和应力分布。

7.轮胎的动力学分析：通过加载和边界条件，研究轮胎在不同路面条件下的变形和应力分布。

8.支架的模态分析：通过模态分析，研究支架的固有频率和振型。

9.汽车车身的碰撞分析：通过加载和边界条件，研究汽车车身在碰撞中的变形和应力分布。

10.飞机翼的气动分析：根据飞机翼的气动特性，研究翼面上的气压分布和升力。

11.汽车车身的优化设计：通过参数化建模和优化算法，寻找最佳的车身结构设计。

12.轮毂的疲劳分析：根据材料疲劳寿命曲线，研究轮毂在不同载荷下的寿命。

13.薄膜材料的热应力分析：根据热应力理论，研究薄膜材料在不同温度下的应变和应力。

14.壳体结构的模态分析：通过模态分析，研究壳体结构的固有频率和振型。

15.地基基础的承载力分析：通过加载和边界条件，研究地基基础的变形和应力分布。

16.水坝的稳定性分析：根据水力和结构力学，研究水坝的稳定性和安全性。

17.风机叶片的动态分析：通过加载和边界条件，研究风机叶片在不同风速下的变形和应力分布。

18.圆筒容器的蠕变分析：根据蠕变理论，研究圆筒容器在持续加载下的变形和应力。

19.桥梁结构的振动分析：通过模态分析，研究桥梁结构的固有频率和振型。

基于ANSYS Workbench的滚动丝杠模态分析[摘要]运用ANSYS分析软件对数控机床纵、横向进给滚动丝杠进行模态分析，得出了比较精确直观的结论，验证了数控机床关键传动装置结构设计的合理性。

【关键词】ANSYS；滚动丝杠；模态分析数控机床的滚珠丝杠支承方式与其传动精度和刚度有很大关系，本文运用ANSYS Workbench进行模态分析，比较某数控机床纵向进给丝杠（型号ZD5010-4P7×2220×2435）和横向丝杠（型号ZD3205-4P7×604×740），在不同支承约束条件下的固有频率和振型，并进行仿真模拟，验证了工艺方案的可行性。

一、有限元模型建立运用UG NX6创建纵、横向进给丝杠，为了减小工作计算量，故在对精度影响不大的前提下对模型做了适当简化，去除了螺纹和键槽等一些细节信息，将模型导入ANSYS Workbench 13。

定义材料属性、实常数和材料单元类型属性等。

丝杠的材料选用Gr15，故可以通过查表得到所需要的各种参数，具体的参数值分别为：弹性模量2l0GPa，泊松比0.3，密度7850kg／m3，硬度(HRC) 62～64，热膨胀系数12.4×10-6℃，热导率41.87～50.24W/(m·k)。

划分网格要注意网格的密度，不能太密，否则会导致计算机计算量迅速增加，严重的可能会导致计算不能进行。

同时网格密度也不能太稀疏，否则得不到比较精确的求解。

本次分析采用多域法网格划分。

设定Manual Source，Relevance60，Relevance Center Medium；短、长丝杠的Edge Sizing值为24和32，Element size 值为5mm和10mm。

短丝杠共划分生成实体单元数目50919个，节点11248个；长丝杠共划分生成实体单元数目190687个，节点44460个。

约束处理时，“固定-固定”支承结构，两端X、Y、Z三个方向的平移自由度全部被约束；固定-支承”支承结构，一端X、Y、Z三个方向的平移自由度全部被约束，另一端X、Y两个方向的平移自由度被约束，Z向为自由。