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ANSYSWorkbench梁壳结构谱分析（二）模态分析ANSYS Workbench梁壳结构谱分析（二）模态分析1 概述模态分析是动力学分析基础，如响应谱分析、随机振动分析、谐响应分析等都需要在模态分析基础上进行。
模态分析简而言之就是分析模型的固有特性，包括频率、振型等。
模态分析求解出来的频率为结构的固有频率，与外界的激励没有任何关系，不管有无外界激励，结构的固有频率都是客观存在的，它只与刚度和质量有关，质量增大，固有频率降低，刚度增大，固有频率增大。
一般情况，当外界的激励频率等于固有频率时，结构抵抗变形能力小，变形很大（产生共振原因）；当外界激励频率大于固有频率时，动刚度（动载荷力与位移之比）大，不容易变形；当外界激励频率小于固有频率时，动刚度主要表现为结构刚度；当外界激励频率为零时，动刚度等于静刚度。
2 模态分析该模型框架采用Beam188单元模拟，外表面采用Shell181单元模拟。
该结构的总重量为800kg，分析时将其他附件的质量均布在框架上。
边界条件为约束机柜与地面基础连接螺栓处的6个自由度（Remote Displacement）。
具体建模过程详见《ANSYS Workbench梁壳结构谱分析（一）梁壳建模》或点击下方阅读原文获取。
模态分析详细过程如下：（1）划分网格：单击【Mesh】，右键【Insert】=Sizing，设置【Scope】→【Geometry】=选取所有部件，【Definition】→【Type】→【Element Size】=20。
单击【Mesh】，右键【Generate Mesh】生成网格。
（2）边界条件：单击【Modal (B5)】，右键【Insert】→【Remote Displacement】，设置【Scope】→【Geometry】=分别选择框架4个立柱，并分别按照如下操作：【Definition】→【Define By】=Components，【X Component】=0mm，【YComponent】=0mm，【Z Component】=0mm，【X Remotion】=0°，【Y Remotion】=0°，【Z Remotion】=0°，其余默认。
ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）第五章模态分析概述•在本章节主要介绍如何在Design Simulation中进行模态分析. 在Design Simulation中, 进行一个模态分析类似于一个线性分析.–假定用户已经对第四章的线性静态结构分析有了一定的学习了解.•本节内容如下:–模态分析流程–预应力模态分析流程•本节所介绍的这些性能通常能适用于ANSYS DesignSpace Entra licenses及更高的lisenses.–在本节讨论的一些选项可能需要更多的高级lisenses, 需要时会相应的标示出来.–谐响应和非线性静态结构分析在本节将不进行讨论.模态分析基础•对于一个模态分析, 固有圆周频率ωi 和振型φi 都能从矩阵方程式里得到:在某些假设条件下的结果与分析相关:–[K] 和[M] 是常量:•假设为线弹性材料特性•使用小挠度理论, 不包含非线性特性•[C] 不存在, 因此不包含阻尼•{F} 不存在, 因此假设结构没有激励•根据物理方程, 结构可能不受约束(rigid-body modes present) ，或者部分/完全的被约束住•记住这些在Design Simulation 中进行模态分析的假设是非常重要的.[][](){}02=−ii M K φωA. 模态分析过程•模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似, 因此这里不再详细的介绍每一操作步骤. 下面这些步骤里面，黄色斜体字体部分是模态分析所特有的.–建模–设定材料属性–定义接触对(假如存在)–划分网格(可选择)–施加载荷(假如存在的话)–需要使用Frequency Finder 结果–设置Frequency Finder 选项–求解–查看结果…几何模型和质量点•类似于线性静态分析, 任何一种能被Design Simulation支持的几何模型都有可以使用：–实体、面体和线体•对于线体，只有振型和位移结果是可见的。
基于ANSYS workbench六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的模态分析六片斜叶圆盘涡轮搅拌器是压力容器中重要的工作部件，其转动速度的大小和稳定直接关系到压力容器的工况能否正常运行，结合UG6.0对相应的六片斜叶圆盘涡轮搅拌器进行简化和实体建模。
将简化过的模型导入ANSYS Workbench的模态分析模块，结合相应的预应力分析模块对工况转速条件下的六片斜叶圆盘涡轮搅拌器模态进行分析，分析六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的前六阶的模态，通过模态分析得到各阶固有频率和实际工况转速相比较，为研究压力容器的结构优化和振动分析提供了理论基础。
标签：斜叶圆盘涡轮；搅拌轴；ANSYS；模态分析引言六片斜叶圆盘涡轮搅拌因其具有循环性能好，动力消耗低等特点，在石油，化工等行业的应用尤为突出。
六片斜叶圆盘涡轮搅拌器主要工作部件是一具有离心轮状的圆盘，当搅拌轴转动时，物料沿轮状圆盘的轴向由中心孔进入叶轮，在各小叶片作用下而获离心加速度，向转轴中心流窜产生涡流而达到搅拌混的目的.所以，在实际工况的低速旋转中，整个搅拌器的结构刚度受到转速的影响而发生改变。
故对实际工况下的搅拌器子进行模态分析是十分必要的。
1 六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的模态分析方法应用模态分析方法确定搅拌器的动态特性包括固有频率表，振型和稳态响应。
利用有限元法求解具有不规则集合搅拌器模态，考虑相应软件中的ANSYS Workbench 的线性模态分析方法，因此结合振动学可知，多自由度无阻尼振动方程为（1）：2 六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的模型建立参考实际搅拌器尺寸，采用UG6.0 绘制搅拌器的三维实体模型，为提高后期网格质量和结果分析的准确性。
仅仅选取搅拌器主体模型。
去除倒角，装配凹槽等细节模型。
保留相应的主轴阶梯状结构，为后期施加提供位置标识。
3 六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的模态分析参照搅拌器的实际工况可知，搅拌器由两侧的轴承固定约束，轴承有一定的刚度和阻尼。
而在ANSYS Workbench中的模态分析环节，一般选用计算方法的为线性计算方法，即忽略阻尼对搅拌器系统影响，因此对搅拌器系统的轴承处施加圆柱约束，保证搅拌器符合实际工况条件下的约束。
http : ZZ HD.chinaj ou rna.l n et .cn E m ai:l ZZHD @chai n aj ou rna.l n et .cn 机械制造与自动化作者简介:张元通(1974 ),男,江苏洪泽人,中学一级教师,硕士,研究方向为机械制造。
基于ANS YSWORKBE NC H 的颗粒机机架的模态分析张元通(洪泽县职教中心,江苏洪泽223100)摘 要:颗粒机机架的模态分析对于减少颗粒机的振动,防止颗粒机产生共振具有重要意义,利用AN SYS 软件对颗粒机机架进行了模态分析,得到了颗粒机机架的固有频率和振型云图,为颗粒机的进一步分析打下了基础。
关键词:颗粒机;AN S Y S ;模态分析中图分类号:TH 12;TP39 文献标志码:A 文章编号:1671 5276(2011)02 0110 03M odal Analysis of Fra m e for G ranulationM achine Based on ANS YSW orkbenchZHANG Y uan tong(H ong ze V o ca ti ona l Educati on Center H ong ze 223100,Chi na)Abstrac t :Th em oda l anal ys i s of the fra m e of granu l ation m ach i ne has i m portant sign ificance to redu ce t he vi b ration ofm ach i ne .Th is pap er usesANSYS soft w are to carry ou t t he m od al an al ysis of t h e fra m e of granu l ation m ach i n e ,gets t he nat u ral frequ ency ofm ach i ne fra m e and v i brati on m ode i m age and l ays t h e foundations for t h e furt her analys i s of t he m ach i ne .K ey word s :granu l ati on m ach i ne ;ANSYS ;m ode ana l ysis0 前言颗粒机机架是颗粒机的基本框架,承受着复杂的外力作用,颗粒机设计完成后,为保证颗粒机在运行时能够有较好的性能,避免颗粒机在运行时受外界力作用产生共振,造成对机器的破坏,有必要对颗粒机的机架进行模态分析。
基于Workbench的慢走丝线切割机床整机模态分析发布时间：2023-06-20T06:06:41.640Z 来源：《教育学》2023年4月总第318期作者：马同民黄润卿裴玺祥[导读] 本文使用三维绘图软件SOLIDWORKS进行AW1100慢走丝线切割机床的整机建模。
该机床主要由底座、床身、立柱、工作台、滑枕、Z向溜板、上丝臂等组成，其中床身由三部分组成，立柱由两部分组成，除导轨结合部外，其余结合部均使用螺栓连接，并使用9个圆形底座进行支撑。
济南市技师学院山东济南250100本文选用某公司生产的AW1100慢走丝线切割机床进行整机模态分析，该慢走丝线切割机床没有主轴系统，所需简化的部件少，研究效果较好。
一、AW1100整机建模本文使用三维绘图软件SOLIDWORKS进行AW1100慢走丝线切割机床的整机建模。
该机床主要由底座、床身、立柱、工作台、滑枕、Z 向溜板、上丝臂等组成，其中床身由三部分组成，立柱由两部分组成，除导轨结合部外，其余结合部均使用螺栓连接，并使用9个圆形底座进行支撑。
整机共有五组滚动直线导轨，每组导轨由两根轨道四个滑块组成，Y向导轨处于工作台与床身前部之间，轨道与床身前部连接，滑块与工作台相连接，X向导轨处于立柱与床身后部之间，U向导轨处于滑枕与立柱之间，Z向导轨处于Z向溜板与X向溜板之间，V向导轨处于上丝臂与X向溜板之间。
二、导轨结合部处理与整机模态分析1.模型导入。
workbench有限元分析软件获得分析模型的方式有两种：一种是在workbench提供的模型绘制模块进行绘制，另一种是直接从外部进行导入，本文将SOLIDWORKS软件绘制的三维模型以IGES格式进行导入。
2.材料属性输入。
本文使用的慢走丝线切割机床本体所用的材料为灰铸铁，将灰铸铁相应材料属性输入workbench前处理模块。
3.导轨结合部处理。
使用workbench提供的bonded选项处理栓接结合部，使用弹簧单元模拟导轨结合部，其中两个相互垂直的弹簧用来模拟导轨结合部的法向与切向刚度。
ANSYS Workbench 作业题目：预应力模态分析机械工程学院姓名：林静学号：1308020305指导教师：赵知辛Workbench 预应力模态分析哑铃静止在面时，受重力作用，利用作用在杆中部的拉力替代重力，对哑铃进行预应力模态分析1.选择分析模块在Custom system 选择 Pre-Stress Modal，双击出现右下界面2.双击Engineering Data添加材料，选择铝合金3.导入事先画好的几何模型右键单击Geometry ,出现Import Geometry,选择几何模型4.双击Model，启动Mechanical 程序单击Geometry 下的哑铃，在Assignment中添加材料打开后界面如下：6 .划分网格光标置于Mesh上，在Relevance Center中选择Medium,双击Mesh，开始划分网格网格划分结果如下：7.在Static Structural 中添加约束和预应力光标置于Static Structural上，在菜单栏Support设定约束和在Loads中加载预应力，如下所示：7.此时树形结构modal中会有pre-stress ，来自于static structural （即上述结构中所加载的）8.预应力求解光标置于Static Structural下的Solution上，在菜单栏的Stress和Deformation中添加求解Equivalent Stress和Total Deformation，单击菜单栏中Solve,进行求解，结果如下：9.模态求解光标置于Modal下的Solution上，右键单击，选中solve,进行求解,界面如下：9.求解后在Graph中右键单击选择Select All,再次单击右键C reate Modal Shape Results ，在树形结构后下会出现Solution Information11.右键单击Modal下的Solution，选择Evaluate All Results,求解界面如下：12.查看各项模态分析结果逐个单击各项Total Deformation,显示各项模态图，如下（1）一阶模态（2）二阶模态（3）三阶模态（4）四阶模态（5）五阶模态(6)六阶模态（资料素材和资料部分来自网络，供参考。
9.1 模态分析实例——航模飞机机翼分析在Workbench中通过Engineering Data定义材料属性，它是每项工程分析的必要条件，作为分析项目的开始，Engineering Data可在单独窗口打开并设置。
9.1.1启动SolidWorks并建立分析项目双击桌面上的【SolidWorks】图标，单击，弹出【打开文件】对话框，选择……，单击【打开】按钮，打开要分析的模型文件，如图2-1所示。
图2-1 打开分析文件带支撑的频率分析创建算例选择下拉菜单【Simulation】|【算例】命令，弹出【算例】属性管理器，在【名称】文本框中输入Modal with support，在【类型】中选择作为分析类型，如图2-1所示。
单击【确定】按钮完成，如图2-1所示。
图2-1 【算例】属性管理器图2-1 创建的频率分析算例选择算例树中选中【Modal with support（默认）】项，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【属性】命令，如图2-1所示。
系统弹出【热力】对话框，选择【求解类型】中的【频率数（N）】为6，在【解算器】中选中【自动】单选按钮，如图2-1所示。
图2-1 右键快捷命令图2-1 【热力】对话框定义材料单击应用，再单击关闭施加载荷与边界条件单击【Simulation】工具栏上的【夹具顾问】|【固定几何体】命令，弹出【夹具】属性管理器，在图形区选择机翼端面，单击【确定】按钮，如图2-1所示。
图2-1 定义固定面划分网格选择下拉菜单【Simulation】|【网格】|【生成】命令，弹出【网格】属性管理器，单击【确定】按钮，弹出【网格进展】对话框显示进度，完成网格划分，如图2-1所示。
图2-1 划分网格求解和分析结果单击【Simulation】工具栏上的【运行】按钮，系统【Modal with support】对话框，显示求解进度，如图2-1所示。
图2-1 【Modal with support】对话框选择【结果】文件夹，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【列举共振频率】命令，弹出【列举模式】对话框，列表显示各阶模态频率，如图2-1所示。
基于ANSYS Workbench的连接轴模态分析在旱地插秧机动力系统中，连接轴连接主轴和后续系统的动力传动。
因此，确定连接轴的固有频率和振型有利于后续动力系统的优化设计。
对连接轴进行模态分析，研究其固有频率的影响。
釆用NX对移栽机的机架和连接轴建立三维模型，将模型导入ANSYS Workbench模块。
在Workbench中对连接轴进行网格划分，并对其进行模态求解，得出前6阶固有频率和振型。
通过分析其固有频率，避免工作时连接轴与发动机发生共振。
标签：模态分析；Workbench；旱地插秧机连接轴2动力系统的结构旱地插秧机动力系统传动机构如图1所示。
主动轮4位于连接轴上，传送带3使分苗系统从动轮带动分苗系统主轴转动，从而实现分苗系统的运行。
为了保证分苗系统的稳定运行，要求连接轴具有良好的稳定性，保证传送带在工作过程中始终张紧。
在传动轴齿轮与连接轴齿轮相互啮合的过程中，山于齿轮转速的不同，可能会引起连接轴共振，从而影响分苗系统的稳定运行。
3连接轴有限元网格划分NX具有完善的建模功能，并且可以将模型导入ANSYS Workbencho在UG 中将连接轴按尺寸建模，为简化汁算，忽略键槽和轴肩倒角，并巧存为stp格式。
导入到ANSYS Workbench,并设置单位为mm。
設置连接轴材料为45钢，45号钢密度7890kg/m3,泊松比0.269,弹性模量209000GPa,其余釆用structural steel的默认值。
划分网格时，在“details of mesh” 中修改网格参数。
在“Relevance”栏中移动滑块到100,在“Element size”中设置为"5.e-003m"将"sizing"中％se advanced size function"设置为fine® 其余采用默认值。
4施加约束在对模型施加载荷约束时，应按实际情况进行，这样才能保证计算结果的可靠性和准确性。
Workbench -Mechanical Introduction Introduction作业5.1模态分析作业5.1 –目标Workshop Supplement •目标是调查一个由18#钢制造的发动机盖的振动特性。
它被固定在一个工作频率为1000 Hz的设备上。
作业5.1 –假设Workshop Supplement •盖子被嵌套在一个圆柱形裙箍上，而且在螺栓孔处受到约束。
为了模拟裙箍的接触区域，其表面被开了一个缺口（如图所示）。
在这个面上使用无摩擦约束来模拟接触区域。
无摩擦约束限制了面的法向，因此轴向和切向摩擦约束来模拟接触区域无摩擦约束限制了面的法向因此轴向和切向位移是允许的，而不允许出现径向位移。
•为了模拟螺栓连接处，需要在螺栓孔的边上使用固定约束. . . 作业5.1 –Project SchematicWorkshop Supplement •打开Project 页•在Units菜单中确定：–项目单位设为US Customary (lbm, in, s, F, A, lbf, V)–选择Display Values in Project Units作业5.1 –Project SchematicWorkshop Supplement 1.在Toolbox 中双击Modal建立一个新的分析系统1.2.在Geometry上点击鼠标右键选择导入文件___Motor cover 5.x t3.双击Model打开Mechanicalapplication2.3.作业5.1 –步骤Workshop Supplement 4.设置作业单位制系统：–Units > U.S Customary (in, lbm, lbf, °F, s, V, A)命模5.重命名模型：–在Model 上点击鼠标右键选择Rename ，重命名为“5 Hole Cover”.4.5.Workshop Supplement作业5.1 –前处理•因为模型是由几何面构成，因此使用壳单元进行网格划分。
