ansys耦合场 压电梁的模态分析

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。

ANSYS耦合场分析指南第三章2007-11-20 作者：安世亚太来源：e-works发表时间：关键字：ANSYS耦合场分析CAE教程3.141 静态分析对于静态分析，施加在换能器上的电压将产生一个作用在结构上的力。

例如如图 3 —3给机电换能器单元（TRANS126 ）施加电压（V l>V2 ）将产生静电力使扭梁旋转。

转换器单元本身就同时具有稳定和非稳定解，根据开始位置（初始间隙值），该单元可以收敛到任一个解。

静电换能器的静平衡可能是不稳定的。

增加电压电容板间的吸力增加间隙减少。

对间隙距离d,弹簧的恢复力正比于1/d静电力正比于1/d 2。

当电容间隙减少到一定值，静电吸引力大于弹簧恢复力电容板贴在一起。

相反地，当电压减小到一定值，静电吸引力小于弹簧恢复力电容板张开。

如图3 —4换能器单元有迟滞现象。

电压渐变到牵引值然后回复到释放值。

PositionPULL-IN 陽尸RELEASE__PULL-IN 忠赫療图3 —4机电迟滞如图及3 —5换能器单元本身有稳定及非稳定解。

该单元收敛到哪一个解依赖于起始位置（初始间隙大小）Force 8PULL-INVOLTAGEPOEASEFKJLLIM RELEASE图3 —5 TRANS126 单元静态稳定特性系统刚度由结构刚度和静电刚度组成，它可能是负的。

结构刚度是正的因为当弹簧拉长力增加。

但是平行板电容器的静电刚度是负的。

随间隙增加平行板间的吸力减少。

如果系统刚度是负的，在接近不稳定解时可能有收敛问题。

如果遇到收敛问题，用增强的刚度方法（KEYOPT（6）= 1）。

这个方法静电刚度设置为零保证正的系统刚度。

达到收敛之后，静电刚度自动重新建立可以进行后处理及后续的分析。

在静态分析中，必须完整定义横跨换能器的电压。

还可以施加节点位移和力，使用IC命令来施加初始位移可有助于问题收敛。

《ANSYSStructural Analysis Guide 》第二章对静力分析有详细描述。

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。

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。

A N S Y S压电分析-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN压电分析是一种结构—电场耦合分析，压电效应是石英和陶瓷等压电材料的自然属性。

给压电材料加电压会产生位移，反之使压电材料振动则产生电压。

一个典型的压电分析的应用是压力换能器。

ANSYS压电分析类型（仅在ANSYS Multiphysics或ANSYS Mechanical产品中）有静态、模态、预应力模态、谐响应、预应力谐响应和瞬态分析。

压电分析需要用下列单元类型之一：PLANE13，KEYOPT（1）=7，耦合场四边形单元；SOLID5，KEYOPT（1）=0或3，耦合场六面体单元；SOLID98，KEYOPT（1）=0或3，耦合场四面体单元；PLANE223，KEYOPT（1）=1001，耦合场8节点四边形单元；SOLID226，KEYOPT（1）=1001，耦合场20节点六面体单元；SOLID227，KEYOPT（1）=1001，耦合场10节点四面体单元；KEYOPT选项激活压电自由度、位移和电压。

对于SOLID5和SOLID98，设置KEYOPT（1）=3激活压电仅有选项。

通过使用NLGEOM、SSTIF和PSTRE S命令，KEYOPT选项可用于大变形和大应变的影响。

对于PLANE13单元，大变形和大应变在KEYOPT（1）=7时有效。

对于SOLID5和SOLID98单元，大变形和大应变在KEYOPT（1）=3时有效，小变形和小应变在KEYOPT（1）=0时有效。

自动求解控制对于压电分析是无效的，SOLCONTROL 缺省设置仅对纯结构或纯热分析是有效的。

对于大变形压电分析，必须使用非线性求解命令指定设置。

1.? ? 注意要点分析可以是静态、模态、预应力模态、谐响应、预应力谐响应和瞬态分析。

应注意以下要点：（1）对于模态分析，推荐使用Block Lanczos法（缺省）求解。

（2）对静态、全谐响应或全瞬态分析，选用稀疏矩阵（SPARSE）求解器或Jacobi共轭梯度（JCG）求解器。