模态分析理论
1模态分析简介
1.1 模态简介
模态是结构固有的振动特性，每一个模态具有一个特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由分析软件分析取得，也可以经过试验计算获得，这样一个软件或者试验分析过程称为模态分析。这个分析结果如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果结果是通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
1.2 固有频率简介
固有频率是物体的一种物理特性，由它的结构、大小、形状等因素决定的。这种物理特征不以物体是否处于振动状态而转移。当物体在多个频率上振动时会渐渐固定在某个频率上振动，当他受到某一频率策动时，振幅会达到最大值，这个频率就是物体的固有频率。
1.3 振型简介
振型是指体系的一种固有的特性。它与固有频率相对应，即为对应固有频率体系自身振动的形态。每一个物体实际上都会有无穷多个固有频率，每一阶固有频率相对应物体相对应的形状改变我们称之为振型。理论上来说振型也有无穷多个，但是由于振型阶数越高，阻尼作用造成的衰减越快，所以高振型只有在振动初期才较明显，以后则衰减。因此一般情况下仅考虑较低的几个振型.
1.4模态分析的目的
模态分析技术从上世纪60年代开始发展至今，已趋于成熟。它和有限元分析技术一起，已成为结构动力学中的两大支柱。到目前，这一技术已经发展成为解决工程振动问题的重要手段，在机械、航空航天、土木建筑、制造化工等工程领域被广泛的应用。我国在这一方面的研究，在理论上和应用上都取得了很大的成果，处于世界前列。
模态分析的最终目标就是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性的分析、振动故障的诊断和检测以及结构的优化提供依据。模态分析技术的应用可归结为以下几个方面：
1) 评价所求结构系统的动态特性；
2) 在新产品设计中进行结构特性的预估，优化对结构的设计；
3) 诊断及预报结构系统中的故障；
4) 识别结构系统的载荷。
在本课题中，模态分析主要的目的是就是通过软件模拟来确定立柱原结构和改进过后结构的固有频率，通过模态分析方法得到的固有频率是多阶的。其中第一阶固有频率最小，能量最大，意思就是当外激频率与一阶频率相近时，极易发生共振，使得立柱振幅增大，影响磨头的加工精度和磨床的使用寿命。模态分析方法为原结构和改进结构的对比提供一个依据，帮助我们改进立柱结构以达到对立柱最优化的改进目的。
2 常用分析软件Abaqus介绍
由于计算机硬件设备和数值仿真技术的快速发展，是我们能够通
过利用计算机，采用辅助软件，研究虚拟的工程和科学问题。非线性力学问题是力学发展的前沿可以，非线性有限元是计算力学的重要组成部分之一，这些辅助的有限元计算软件的作用，就是我们达到工程科学彼岸的工具桥梁。
Abaqus是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一，是一套功能强大的工程模拟有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。Abaqus 软件包括了一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并且拥有各种类型的材料模型库，可以模拟各种工程材料的性能，包括金属、钢筋混凝土、橡胶、高分子材料、复合材料、泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。
作为通用的模拟工具，Abaqus除了能解决大量有关结构问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热量传导、质量扩散、耦合分析、声学分析、岩土力学分析、压电介质分析等。Abaqus 被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。Abaqus 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。Abaqus 的分析特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。由于Abaqus优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS 被各国的工业和研究中所广泛的采用。
鉴于Abaqus软件分析功能的强大，以及能够驾驭各种问题。我决定学习并采用此款软件作为模态分析的软件，帮助分析立柱原模型和改进后模型的固有频率并作为对比，找到最优方案。
