ansys模态分析详解
ANSYS动力学分析指南
作者: 安世亚太
第一章模态分析
§1.1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产品家族中的模态分析是一个线性分析。任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、
PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。后面将详细介绍模态提取方法。
§1.2模态分析中用到的命令
模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。
后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。而“模态分析实例（GUI方式）”则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<
§1.3模态提取方法
典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：
其中：
=刚度矩阵,
=第阶模态的振型向量（特征向量）,
=第阶模态的固有频率（是特征值）,
=质量矩阵。
有许多数值方法可用于求解上面的方程。ANSYS提供了7种方法模态提取方法，下面分别进行讨论。
1.分块Lanczos法
2.子空间（Subspace）法
3.Power Dynamics法
4.缩减（Reduced /Householder）法
5.非对称（Unsymmetric）法
6.阻尼（Damp）法（阻尼法求解的是另一个方程，参见<
7.QR阻尼法（QR阻尼法求解的是另一个方程，参见<
注意—阻尼法和非对称法在ANSYS/Professional中不可用。
前四种方法（分块Lanczos法、子空间法、PowerDynamics法和缩减法）是最常用的模态提取方法。下表比较了这四种模态提取方法，并分别对每一种方法进行了简要描述。
§1.3 .1分块Lanczos法
分块Lanczos法特征值求解器是却省求解器，它采用Lanczos算法，是用一组向量来实现Lanczos递归计算。这种方法和子空间法一样精确，但速度更快。无论EQSLV命令指定过何种求解器进行求解，分块Lanczos法都将自动采用稀疏矩阵方程求解器。
计算某系统特征值谱所包含一定范围的固有频率时，采用分块Lanczos法方法提取模态特别有效。计算时，求解从频率谱中间位置到高频端范围内的固有频率时的求解收敛速度和求解低阶频率时基本上一样快。因此，当采用频移频率（FREQB）来提取从FREQB（起始频率）的n阶模态时，该法提取大于FREQB 的n阶模态和提取n阶低频模态的速度基本相同。
§1.3 .2子空间法
子空间法使用子空间迭代技术，它内部使用广义Jacobi迭代算法。由于该方法采用完整的和
矩阵，因此精度很高，但是计算速度比缩减法慢。这种方法经常用于对计算精度要求高，但无法选择主自由度（DOF）的情形。
做模态分析时如果模型包含大量的约束方程，使用子空间法提取模态应当采用波前（front）求解器，不要采用JCG求解器；或者是使用分块Lanczos法提取模态。当你的分析中存在大量的约束方程时，如果采用JCG 求解器组集内部单元刚度，致使计算要求有很大的内存才能进行下去。
§1.3 .3 PowerDynamics法
PowerDynamics法内部采用子空间迭代计算，但采用PCG迭代求解器。这种方法明显地比子空间法和分块Lanczos法快。但是，如果模型中包含形状较差的单元或病态矩阵时可能出现不收敛问题。该法特别适用于求解超大模型（大于100,000个自由度）的起始少数阶模态。谱分析不要使用该方法提取模态。
PowerDynamics法不进行Sturm序列检查（即不检查模态遗漏问题），这可能影响有多个重复频率问题的解。此法总是采用集中质量近似算法，即自动采用集中质量矩阵（LUMPM，ON）。
注意—如果用PowerDynamics法求解含刚体运动的模型的模态，则一定要用RIGID命令或选择等效的GUI途径。
注意—（Main Menu > Solution > Analysis Options或Main Menu >Preprocessor >
-Loads- > Analysis Options）。
§1.3 .4缩减法
缩减法采用HBI算法（Householder-二分-逆迭代）来计算特征值和特征向量。由于该方法采用一个较小的自由度子集即主自由度（DOF）来计算，因此计算速度更快。主自由度（DOF）导致计算过程中会形
成精确的矩阵和近似的矩阵（通常会有一些质量损失）。因此，计算结果的精度将取决于质
量阵的近似程度，近似程度又取决于主自由度的数目和位置。
§1.3 .5非对称法
非对称法也采用完整的和矩阵，适用于刚度和质量矩阵为非对称的问题（例如声学中流体-结构耦合问题）。此法采用Lanczos算法，如果系统是非保守的（例如轴安装在轴承上），这种算法将解得复数特征值和特征向量。特征值的实部表示固有频率，虚部是系统稳定性的量度─负值表示系统是稳定的，而正值表示系统是不稳定的。该方法不进行Sturm序列检查，因此有可能遗漏一些高频端模态。§1.3 .6阻尼法
阻尼法用于阻尼不能被忽略的问题，如转子动力学研究。该法使用完整矩阵（、及阻尼
阵）。阻尼法采用Lanczos算法并计算得到复数特征值和特征向量（如下所述）。此法不能用Sturm
序列检查。因此，有可能遗漏所提取频率的一些高频端模态。
§1.3 .5.1阻尼法—特征值的实部和虚部
特征值的虚部代表系统的稳态角频率。特征值的实部代表系统的稳定性。如果小于零，系统的位移幅度将按EXP()指数规律递减。如果大于零，位移幅度将按指数规律递增。（或者换句话说，负的表示按指数规律递减的稳定响应；正的则表示按指数规律递增的不稳定响应。）如果不存在阻尼，特征值的实部将为零。
ANSYS报告的特征值结果实际上是被
除过的。这样给出的频率是以Hz（周/秒）为单位的。即：
报告的特征值虚部=
报告的特征值实部=
§1.3 .5.2阻尼法—特征向量的实部和虚部
在有阻尼系统中，不同节点上的响应可能存在相位差。对任何节点，幅值应是特征向量实部和虚部分量的矢量和。
§1.3 .7 QR阻尼法
QR阻尼法同时具有分块Lanczos法与复Hessenberg法的优点，最关键的思想是，以线性合并无阻尼系统少量数目的特征向量近似表示前几阶复阻尼特征值。采用实特征值求解（分块Lanczos法）无阻尼振型之后，运动方程将转化到模态坐标系。然后，采用QR阻尼法，一个相对较小的特征值问题就可以在特征子空间中求解出来了。
该方法能够很好地求解大阻尼系统模态解，阻尼可以是任意阻尼类型，即无论是比例阻尼或非比例阻尼。由于该方法的计算精度取决于提取的模态数目，所以建议提取足够多的基频模态，特别是阻尼较大的系统更应当如此，这样才能保证得到好的计算结果。该方法不建议用于提取临界阻尼或过阻尼系统的模态。该方法输出实部和虚部特征值(频率)，但仅仅输出实特征向量(模态振型)。
参见CE方法的详细内容，掌握使用QR阻尼法( MODOPT命令)处理约束方程(CE)的技术。
§1.4矩阵缩减技术和主自由度选择准则
下面介绍如何矩阵缩减技术以及选择主自由度（DOF）的基本准则。
§1.4.1矩阵缩减技术
矩阵缩减是通过缩减模型矩阵的大小以实现快速、简便的分析过程的方法。它主要用于动力学分析，如模态分析、谐响应分析和瞬态动力学分析。矩阵缩减也用于子结构分析中以生成超单元。
矩阵缩减允许按照静力学分析那样建立一个详细的模型，而仅将“有动力学特征”部分用于动力学
分析。可以通过辨识定义为主自由度的关键自由度来选择模型的“有动力学特征”部分，但必须注意，主自由度应足以描述系统的动力学行为。ANSYS程序根据主自由度（DOF）来计算缩减矩阵和缩减自由度（DOF）解，然后通过执行扩展处理将解扩展到完整的自由度（DOF）集上。矩阵缩减的主要优点是，计算缩减解可以大大节省CPU时间，大问题的动力学分析时更是如此。
ANSYS程序采用的矩阵缩减基础理论是Guyan缩减法计算缩减矩阵。此法的一个关键假设是：对于较低的频率，从自由度（被缩减掉的自由度（DOF））上的惯性力和从主自由度传递过来的弹性力相比是可以忽略的。因此，结构的总质量只分配到主自由度（DOF）上。最终结果是缩减的刚度矩阵是精确的，而缩减的质量和阻尼矩阵是近似的。关于如何计算缩减矩阵的详细内容参见<
§1.4.2人工选择主自由度的准则
选择主自由度是缩减法分析中很重要的一步。缩减质量矩阵的精度（求解精确）将取决于主自由度的位置和数目。对于给定的问题，可以选择多种不同的主自由度集，在所多种情形下都可以得到能够接受的结果。
用命令M和MGEN来选择主自由度，也可用TOTAL命令让程序在求解过程中选择主自由度。建议两种方式兼用：自己选择少量主自由度，同时让ANSYS程序选择一些自由度。这样，程序将弥补那些可能被遗漏的模态。
下面是选择主自由度的基本准则：
1.主自由度的总数至少应是感兴趣的模态数的两倍。
2.把预计结构或部件要振动的方向选为主自由度。
例如对于平板问题，应至少在法向上选择几个主自由度（见图1a）。如果在一个方向上的运动会引起另一个方向上的大运动时，应在两个方向上都选择主自由度（见图1b）。
图1（a）平板可能有的法向主自由度
（b）X方向运动引起Y方向运动
3.在相对较大的质量或较大转动惯量但相对较低刚度的位置选择主自由度（见图2）。凸肩或“松散”连接的结构是这种位置的实例。相反地，不要选择质量相对较小或有较高刚度（如靠近约束处的自由度（DOF））的位置作为主自由度。
图2应选择主自由度的位置：（a）大转动惯量（b）大质量
4.如果最关注的是弯曲模态，则可以忽略转动和“拉伸”自由度。
5.如果要选的自由度属于一个耦合约束集，则只须选中耦合集中第一个（首要的）自由度。
6.在施加力或非零位移的位置选择主自由度。
7.对于轴对称壳模型（SHELL51或SHELL61），选择模型中的平行于或接近平行于中心线部分的所有节点的全局UX自由度为主自由度，这样就可以避免主自由度间的振荡运动（见图3）。如果运动基本上是平行于中心线，这条建议可以放宽。对于MODE≥2的轴对称周期单元，应将其UX、UZ自由度都选择为主自由度。
图3在轴对称壳模型中选择主自由度
检查主自由度集的有效性的最好方法是用两倍（或一半）数目的主自由度再次进行分析然后比较结果。另一种方法是观察在模态分析解中输出的缩减质量分布。缩减质量最起码在运动的主要方向上的分量应该占结构整个质量的10%～15%。
§1.4.3程序选择主自由度的要点
如果让ANSYS程序选择主自由度（命令[TOTAL]），选出的主自由度的分布将取决于求解时单元被处理的顺序。例如，程序将按单元是从左到右还是从右到左被处理的而选择出不同的主自由度集。然而，这种差异通常在结果中只会产生无关紧要的差别。
对于有统一的大小和特征的网格（如平板），主自由度通常不会是统一的。在这种情况下，应当用命令M 和MGEN人为地指定一些主自由度。在质量分布不规则的结构中也应做同样的处理，因为程序选出的主自由度可能集中在高质量区。
§1.5模态分析过程
模态分析过程由四个主要步骤组成：
1.建模；
2.加载及求解；
3.扩展模态；
4.观察结果。
下面分别展开进行详细讨论：
§1.6建模
主要完成下列工作：首先指定工作名和分析标题，然后在前处理器（PREP7）中定义单元类型、单元实常数、材料性质以及几何模型。ANSYS的《建模和网格指南》中对这些工作有更详细的说明。注意以下两点：
·在模态分析中只有线性行为是有效的。如果指定了非线性单元，它们将被当作是线性的。例如，如果分析中包含了接触单元，则系统取其初始状态的刚度值并且不再改变此刚度值。
·材料性质可以是线性的，各向同性的或正交各向异性的，恒定的或和温度相关的。在模态分析中必须指定杨氏模量EX（或某种形式的刚度）和密度DENS（或某种形式的质量）。而非线性特性将被忽略。§1.7加载及求解
主要完成下列工作：首先定义分析类型、指定分析设置、定义载荷和边界条件和指定加载过程设置，然后进行固有频率的有限元求解。在得到初始解后，再对模态进行扩展，以供查看。扩展模态将在下一节“扩展模态”中进行详细说明。
§1.7.1进入ANSYS求解器
命令：/SOLU
GUI：Main Menu>Solution
§1.7.2指定分析类型和分析选项
ANSYS提供的用于模态分析的选项如下表所示，表中的每一个选项都将在随后详细解释。
注意—选择模态分析时，求解菜单将显示与模态分析相关的菜单项。求解菜单有两种可能的状态“简洁式（abridged）”或者“展开式（unabridged）”，它总是与上一个ANSYS任务是的状态相同。简洁式菜单仅仅包括模态分析有用的或建议的求解设置。当显示的是简洁式求解菜单，如果想访问其他求解设置(即，要用到的有效求解设置，但该分析类型又不会遇到)，就从求界菜单中选择展开式菜单项展开求解设置项。详情参见《 ANSYS基本分析指南》使用展开式求解菜单。
注意—在单点响应谱分析（SPOPT,SPRS）和动力学设计分析方法（SPOPT,DDAM）中，模态扩展可以放在谱分析之后按MXPAND命令设置的重要性因子SIGNIF值有选择地进行。如果准备在谱分析之后进行模态扩展，请在模态分析选项（MODOPT）对话框中的设置模态扩展的选项（MXPAND）处选NO。
§1.7.2.1选项：New Analysis：
选择新分析。
注意—在模态分析中Restart（重启动）是无效的。如果需要施加不同的边界条件，则须做一次新的分析或采用<
指定分析类型为模态分析。
§1.7.2.3选项：Modal Extraction Method[MODOPT]
指定提取模态的方法，选择7种提取方法中的一种。对于大多数应用，选用分块Lanczos法、子空间法、PowerDynamics法或缩减法。非对称法、阻尼法和QR阻尼法适于特殊应用。一旦选用某种模态提取方法，ANSYS程序自动选择对应的求解器。
注意—非对称法、阻尼法和QR阻尼法在ANSYS/Professional产品中无效。
§1.7.2.4选项：Number of Modes to Extract[MODOPT]
除缩减法以外其他模态提取方法该选项都是必须设置的。对于非对称法和阻尼法，应该应当提取比必要的阶数更多的模态以降低丢失模态的可能性，但需要花费更长的求解时间。
§1.7.2.5选项：Number of Modes to Expand[MXPAND]
该选项只在采用缩减法、非对称法和阻尼法时要求设置。如果想得到单元求解结果，则不论采用何种模态提取方法都需要打开“Calcucate elem results”项。在用单点响应谱分析（SPOPT,SPRS）和动力学设计分析方法（SPOPT,DDAM）中，模态扩展可能要放在谱分析之后按命令MXPAND设置的重要性因子SIGNIF 数值有选择地进行。如果要在谱分析后才进行模态扩展，则在模态分析选项（MODOPT）对话框的模态扩展（EXPAND）选项处选NO。
§1.7.2.6选项：Mass Matrix Formulation[LUMPM]
该选项用于指定质量矩阵计算方式：缺省的质量矩阵（和单元类型有关，也称为一致质量矩阵）和集中质量阵。我们建议在大多数应用中采用缺省一致质量矩阵。但对有些包含“薄膜”结构的问题，如细长梁或非常薄的壳，采用集中质量矩阵近似经常可产生较好的结果。另外，用集中质量阵时求解时间短，需要的内存少。
§1.7.2.7选项：Prestress Effects Calculation[PSTRES] 该选项用于确定是否考虑预应力对结构振型的影响。缺省分析过程不包括预应力效应，即结构是处于无应力状态。在分析中希望包含预应力的影响，则必须首先进行静力学或瞬态分析生成单元文件，参见“有预应力模态分析”。如果预应力效果选项是打开的，同时要求当前及随后的求解过程中质量矩阵[LUMPM]
的设置应和静力分析中质量矩阵的设置必须一致。
注意─在有预应力的周期对称单元如PLANE25和SHELL61上只可以加轴对称载荷。
§1.7.2.8其它模态分析选项
完成了模态分析选项（Modal Analysis Option ）对话框中的选择后，单击OK，接着弹出一个对应于于指定的模态提取方法的选项对话框，是以下选择域的组合：
–域：FREQB，FREQE
指定感兴趣的模态频率范围。
FREQB域指定第一频移点（低频）─特征值收敛最快的点。在大多数情况下不需要设置这个域，其缺省值为-1。
–域：PRMODE
输出的缩减模态数。
设置此选项后，在输出文件（Jobname.out）中会列出所设置数目的缩减振型。该选项只对缩减法有效。
–域：Nrmkey
关于振型归一化的设置。有两种选择：相对于质量矩阵[M]和单位化[I]。如果在模态分析后进行谱分析或模态叠加法分析，则应该选择相对于质量阵[M]进行归一化处理。为了在随后得到各阶模态的最大响应（模态响应），须用模态系数去乘振型。实现的方法是用*GET命令（在谱分析完成后）查到模态系数并在SET命令中将模态系数用做比例因子。
–域：RIGID
设置提取对已知有刚体运动结构进行子空间迭代分析时的零频振型。只适用于Subspace和PowerDynamics法。
–域：SUBOPT
指定多种子空间迭代选项。详细情况参见<
–域：CEkey
指定处理约束方程的方法。可选用的方法：Direct elimination method（直接消去法）、Lagrange multiplier(quick)method（快速拉格朗日乘子法）、Lagrange multiplier(accurate)method（精确拉格朗日乘子法）。该选项只适用于分块Lanczos法。（参见“循环对称结构的模态分析”部分的表8“CE处理法”。）
§1.7.3定义主自由度
在模态分析中，有时需要指定主自由度，并且只适用于缩减法。主自由度（M自由度（DOF））指能描述结构动力学特性的“重要的”自由度。主自由度（DOF）选取的规则是选择至少是感兴趣的模态阶数的一倍数目的主自由度（DOF）。建议用命令[M,MGEN]根据对结构的动力学特牲的了解定义尽可能多的M自由度（DOF），并用命令[TOTAL]让程序按照刚度/质量比选取一些附加的主自由度。用命令[MLIST]可以列出已定义的M自由度（DOF），用命令[MDELE]可以删除无关的M自由度（DOF）。关于主自由度的更详细内容参见“矩阵缩减”部分。
命令：M
GUI：Main Menu>Solution>Master DOFs>-User Selected-Define
§1.7.4在模型上加载荷
在典型的模态分析中唯一有效的“载荷”是零位移约束。（如果在某个自由度（DOF）处指定了一个非零位移约束，程序将以零位移约束替代在该自由度（DOF）处的设置）。可以施加除位移约束之外的其它载荷，但它们将被忽略（见下面的说明）。在未加约束的方向上，程序将解算刚体运动（零频）以及高阶（非零频）自由体模态。下表给出了施加位移约束的命令。载荷可以加在实体模型（点、线、面）上或加在有限元模型（点和单元）上。参见<
注意─其它类型的载荷─力，压力，温度，加速度等─可以在模态分析中指定，但在模态提取时将被忽略。程序会计算出相应于所加载荷的载荷向量，并将这些向量写到振型文件Jobname.MODE中以便在模态叠加法谐响应分析或瞬态分析中使用。
在分析过程中，可以施加、删除载荷或进行载荷列表、载荷间运算。
§1.7.4.1用命令加载
下表列出了在模态分析中可以用来加载的命令。
§1.7.4.2利用GUI施加载荷
所有的载荷操作（除了列表）均可通过一系列的下拉菜单选取。在求解菜单中选取载荷操作类型（Apply、Delete等），然后选载荷类型（Displacement、Force等），最后选取将施加载荷的对象（keypoint、line、node等）。
比如要在一条线上施加位移载荷，则可按如下GUI途径实现：
GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>On Lines
§1.7.4.3载荷列表
可按如下GUI途径列表显示施加的载荷：
GUI: Utility Menu>List>Loads>load type
§1.7.5指定载荷步选项
模态分析中唯一可用的载荷步选项是阻尼选项，如下表所示。
阻尼只在有阻尼的模态提取法中使用，在其它模态提取法中阻尼将被忽略。如果模态分析存在阻尼并指定阻尼模态提取方法，那么计算出的特征值将是复数解。详细内容参见“模态提取法”介绍，同时请参阅“瞬态动力学分析”中关于阻尼的介绍。
注意─如果在模态分析后将进行单点响应谱分析，则在这样的无阻尼模态分析中可以指定阻尼。虽然阻尼并不影响特征值解，但它将被用于计算每个模态的有效阻尼比，此阻尼比将用于计算谱产生的响应。参见“谱分析”中的讨论。
§1.7.6参与系数表输出
参与系数表列表显示提取的每个模态的参与系数、模态系数和质量分布百分数。在总体直角坐标系三个轴向和转动方向上，均假定施加单位位移谱激励，就计算出参与系数和模态系数。同时，列表显示缩减质量分布。当使用实特征值模取方法（如子空间法、分块Lanczos法或QR阻尼法）进行模态分析时，将计算转动参与系数。
注意－你可以执行*GET命令获取一个参与系数或模态系数。参与系数或模态系数适用于在最后应用的坐标系（3－D分析绕Z轴旋转）方向上定义的激励（假定为单位位移谱）。为了获取其他方向上的参与系数或模态系数，在指定方向上（SED）定义激励谱，执行谱分析，然后执行*GET命令获取一个参与系数或模态系数。
§1.7.7求解
将数据库备份到文件中。这样便可在重新进入ANSYS后用命令RESUME来恢复以前建的模型。开始求解计算：
命令：SOLVE
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Current LS
§1.7.7.1输出
求解输出内容主要是固有频率，固有频率被写到输出文件Jobname.OUT及振型文件Jobname.MODE中。输出内容中也可以包含缩减的振型和参与系数表，这取决于对分析选项和输出控制的设置。由于振型现在还没有被写到数据库或结果文件中，因此还不能对结果进行后处理。要进行后处理，则还需对模态进行扩展（后面将进行解释）。
§1.7.7.2子空间（Subspace）模态提取法的输出
如果采用子空间模态提取法，那么在输出内容中可能会看到这样的警告：“STURM number = n should be m”，n和m是整数，表示某阶模态被漏掉了，或者第m阶和第n阶模态的频率相同而要求输出的只有第m阶模态。
你可以用下面的两个方法来检查被漏掉的模态：使用更多的迭代向量和改变特征值提取法的漂移点数值。下面简要阐述这两种方法（详细内容参见<
·方法1：使用更多的迭代向量
为了使用更多的迭代向量，可以执行命令SUBOPT,,NPAD。GUI方式则按下列步骤进行：
1.选择菜单路径Main Menu>Solution>Analysis Options，弹出Modal Analysis对话框；
2.选择SUBSPACE提取法，指定提取的模态数目，然后单击OK按钮，弹出Subspace Modal Analysis 对话框;
3.改变NPAD域的数值，然后单击OK按钮。
·方法2：改变特征值提取法的漂移点数值
为了改变特征值提取法的漂移点数值，可以执行命令MODOPT,,,FREQB。GUI方式则按下列步骤进行：
1.选择菜单路径Main Menu>Solution>Analysis Options，弹出Modal Analysis对话框；
2.选择SUBSPACE提取法，指定提取的模态数目，然后单击OK按钮，弹出Subspace Modal Analysis 对话框;
3.改变FREQB域的数值，然后单击OK按钮。
如果采用的是阻尼模态提取法，求得的特征值和特征向量都是复数。特征值的虚部代表固有频率，实部是系统稳定性的量度。如果采用的是QR阻尼模态提取法，求得的特征值是复数。但是，求得的实特征向量用于模态叠加法。
§1.7.8退出求解器
现在必须退出求解器。
命令：FINISH
GUI：关闭Solution菜单
§1.8扩展模态
从严格意义上讲，“扩展”这个词意味着将缩减解扩展到完整的自由度集上。“缩减解”常用主自由度表达。而在模态分析中，我们用“扩展”这个词指将振型写入结果文件。也就是说，“扩展模态”不仅适用于缩减模态提取方法得到的缩减振型，而且也适用于其它模态提取方法得到的完整振型。因此，如果想在后处理器中察看振型，必须先扩展之（也就是将振型写入结果文件）。
谱分析中同样要求进行模态扩展。在单点响应谱分析（SPOPT,SPRS）和动力学设计分析方法（SPOPT,DDAM）中，模态扩展可以放在谱分析之后按命令MXPAND中设置的阀值SIGNIF有选择地进行。如要将模态扩展放在谱分析之后进行，请在“Mode analysis options（模态分析选项）”（MODOPT）对话框中的“mode expansion（模态扩展）”栏（MXPAND）选NO。模态叠加法不需要扩展模态。
§1.8.1注意要点
·模态扩展要求振型文件Jobname.MODE、文件Jobname.EMAT、Jobname.ESAV、及Jobname.TRI（如果采用缩减法）必须存在。
·数据库中必须包含和解算模态时所用模型相同的分析模型。
§1.8.2扩展模态
1.重新进入ANSYS求解器。
命令：/SOLU
GUI：Main Menu>Solution
注意—在扩展处理前必须（用命令FINISH）明确地离开求解器并重新进入求解器。
2.激活扩展处理及相关选项。ANSYS提供的扩展处理选项有：
·选项：Expansion Pass On/Off[EXPASS］
选择ON（打开）。
·选项：Number of Modes to Expand［MXPAND,NMODE］
指定要扩展的模态数。记住：只有经过扩展的模态可在后处理器中进行观察。缺省为不进行模态扩展。
·选项：Frequency Range for Expansion［MXPAND,FREQB,FREQE］
这是另一种控制要扩展的模态数的方法。如果指定了一个频率范围，那么只有该频率范围内的模态会被扩展。
·选项：Stress Calculations On/Off［MXPAND，Elcalc]
如果准备在模态分析后进行谱分析并对产生谱的应力和力感兴趣则打开（ON）此选项。模态分析中的“应力”并不代表结构中的实际应力，而只是给出一个各阶模态之间相对的应力分布的概念。缺省为不计算应力。
3.指定载荷步选项。模态扩展处理中唯一有效的选项是输出控制：
·Printed Output
此选项用来设置在输出文件Jobname.OUT中包含所有的结果数据（扩展得到的振型，应力，力）。
命令：OUTPR
GUI：Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>Solu Printout ·Database and results file output
此选项用来控制结果文件Jobname.RST中包含的数据。OUTRES中的FREQ域只可为ALL或NONE；即要么输出所有模态要么不输出任何模态的数据。比如，不可能输出每隔一阶的模态信息。
命令：OUTRES
GUI：Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File
4.开始扩展处理
扩展处理的输出包括已扩展的振型，而且还可以要求包含各阶模态的相对应力分布。
GUI：Main Menu>Solution>Gurrent LS
5.如须扩展另外的模态（如不同频率范围的模态）请重复步骤2、3和4。每一次扩展处理在结果文件中存储为单独的载荷步。谱分析要求所有的扩展模态保存在一个载荷步中。在单点响应谱分析（SPOPT,SPRS）和动力学设计分析方法（SPOPT,DDAM）中，模态扩展可以放在谱分析之后按命令MXPAND中设置的重要性因子SIGNIF值进行。如要将模态扩展放在谱分析之后进行，请在“Mode analysis options （模态分析选项）”（MODOPT）对话框中的“mode expansion（模态扩展）”栏（MXPAND）选NO。
6.离开SOLUTION，现在可以在后处理器中观察结果了。
命令：FINISH
GUI：关闭Solution菜单
注意─扩展处理在这里是做为一个单独的阶段。但如果在模态求解阶段即包含了MXPAND命令，程序就将不仅解出特征值和特征向量，而且扩展指定的振型。
§1.9观察结果
模态分析的结果（即模态扩展处理的结果）被写入到结构分析结果文件Jobname.RST中。分析结果包括：
·固有频率
·扩展振型
·相对应力和力分布（如要求输出了）。
可以在POST1［/POST1］即普通后处理器中观察模态分析的结果。模态分析的一些常用后处理操作将在下面予以描述。关于后处理功能的完整描述参见<
§1.9.1注意要点
·如要在POST1中观察结果，则数据库中必须包含和求解时相同的模型。
·结果文件Jobname.RST必须存在。
§1.9.2观察结果数据的过程：
1.读入合适子步的结果数据。每阶模态在结果文件中被存为一个单独的子步。比如扩展了6阶模态，结果文件中将有由6个子步组成的一个载荷步。
命令：SET,SBSTEP
GUI：Main Menu>General Postproc>-Read Results-substep
2.执行任何想做的POST1操作。常用的模态分析POST1操作如下：
§1.9.3选项：列表显示所有频率
用于列出所有已扩展模态对应的频率。下面是一个该命令输出结果的例子：
*****INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE*****
SETTIME/FREQLOAD STEPSUBSTEPCUMULATIVE
122.973111
240.476122
378.082133
4188.34144
GUI：Main Menu>General Postproc>List Results>Results Summary
§1.9.4选项：图形显示变形
命令：PLDISP
GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape
用PLDISP命令的KUND域可设置将未变形形状叠加在显示结果中。
§1.9.5选项：列表显示主自由度
命令：MLIST,ALL
GUI：Main Menu>Solution>Master DOFs>List ALL
注意─如要用图形方式显示主自由度，请选择绘制出模型中的节点（GUI途径Utility Menu>Plot>Nodes或命令NLIST）。
§1.9.6选项：线单元结果
命令：ETABLE
GUI：Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table
对线单元，象梁、桁条和管子，可以用ETABLE命令获得导出数据（应力、应变等）。结果数据通过一个标识字和一个ETABLE命令中的顺序号或部件名组合起来加以区分。详细内容参见<
§1.9.7选项：等值图显示结果项
命令：PLNSOL或PLESOL
GUI：Main Menu>General PostProc>Plot Results>-Contour Plot-Nodal Solu或Element Solu
使用这些选项可绘制几乎所有结果项的等值线图，如应力（SX，SY，SZ…）、应变（EPELX，EPELY，EPELZ…）和位移（UX，UY，UZ…）。
PLNSOL和PLESOL命令的KUND域可用来设置将未变形形状叠加在显示结果中。
绘制单元表数据和线单元数据的等值线：
命令：PLETAB,PLLS
GUI：Main Menu>General Postproc>Element Tabe>Plot Element Table
Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot-Line Elem Res 注意－命令PLNSOL会对节点处的导出数据如应力和应变取平均值。这种平均会导致在不同材料单元、不同的壳厚度、或其它不连续性出现处的节点上出现“污损”值。为了避免出现这种污损效应，在使用命令PLNSOL前应该用选择功能（<
§1.9.9选项：列表显示结果项
命令：PRNSOL（节点结果）
PRESOL（一个单元接一个单元的结果）
PRRSOL（反作用数据）等
GUI: Main Menu>General Postproc>List Results>solution option
Main Menu>General Postproc>List Results>-Sorted Listing-Sort Nodes或
Sort Elems
用NSOPT和ESORT命令可在列表之前对数据进行排序。
§1.9.10其它功能
许多其它的后处理功能如将结果映象到一个路径上和载何工况（Load case）组合等，在POST1中均可使用。详情参见<
关于命令ANTYPE、MODOPT、M、TOTAL、EXPASS、MXPAND、SET及PLDISP的论述参见<
§1.10有预应力模态分析
有预应力模态分析用于计算有预应力结构的固有频率和模态，如旋转的涡轮叶片的模态分析。除了首先要通过进行静力分析把预应力加到结构上外，有预应力模态分析的过程和常规模态分析基本上一样：
1.建模并获取打开预应力效应［PSTRES,ON］的静力分析解。静力分析中的集中质量矩阵的设置［LUMPM］必须与随后的有预应力模态分析中的集中质量矩阵设置一致。“静力学分析”中描述了如何进行静力学分析。
2.重新进入求解器并获取模态分析解，注意打开预应力效应选项（再用一次命令PRSTES,ON）。另外，在静力学分析中生成的文件Jobname.EMAT和Jobname.ESAV必须都存在。
3.扩展模态并在后处理器中观察它们。
步骤1也可以是一个瞬态分析，但应当记住在需要的时间点保存.EMAT和.ESAV文件。
§1.11 大变形预应力模态分析
可以在大变形静力学分析后进行预应力模态分析，以便计算高度变形结构的固有频率和振型。除用PSOLVE命令而不是SOLVE命令执行模态分析求解，其他过程与有预应力模态分析过程一致，参见下面列出的简单命令流。另外，必须用UPCOORD命令修正坐标以得到正确的应力，使用 EMATWRITE 命令指定写出File.EMAT文件。
注意—该过程需要单元材料和上一次静力分析得到得单元载荷矢量（例如，压力、温度和加速度载荷）。如果(利用命令 LVSCALE )指定，这些载荷将传递给后续的模态叠加分析。
! Initial, large deflection static analysis
!
/PREP7
...
FINISH
/SOLU
ANTYPE,STATIC! Static analysis
NLGEOM,ON! Large deflection analysis
PSTRES,ON! Flag to calculate the prestress matrix
EMATWRITE,YES! Write File.EMAT (input to PSOLVE step)
...
SOLVE
FINISH
!
! Prestressed modal analysis
!
/SOLU
ANTYPE,MODAL! Modal analysis
UPCOORD,1.0,ON! Add previous displ. to coordinates and then zero
! the displacements
PSTRES,ON! Prestress effects on
MODOPT,...! Select eigensolver
MXPAND,...! Specify number of modes to be expanded, if desired
PSOLVE,EIGxxxx! Calculates the eigenvalues and eigenvectors.
! Use EIGLANB, EIGFULL, EIGUNSYM, or EIGDAMP to
! match MODOPT command.
FINISH
/SOLU!Additional solution step for expansion.
EXPASS,ON
PSOLVE,EIGEXP! Expands the eigenvector solution.Required if you
! want to review mode shapes in the postprocessor.
FINISH
§1.12循环对称结构的模态分析
如果结构呈现出循环对称（例如，风轮或正齿轮）特点，则可以通过仅对它的一部分建模来计算结构整体的固有频率和振型。这一被称为“循环对称结构模态分析”的特征可以节省大量人力和计算时间。另一个好处是只需建部分模型便可以观察整个结构的振型。循环对称结构模态分析只在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中可用。
§1.12.1基本扇区
循环对称结构中用于建模的部分叫做基本扇区。正确的基本扇区应该满足这样的特点：即若在全局柱坐标空间（CSYS=1）中将其重复n次，则能生成整个模型（见图4）。
图4循环对称结构实例
§1.12.2节径
理解循环对称结构模态分析的过程，需要理解节径这个概念（这里的“节”是振动术语，而不是有限元中的节点的“节”）。“节径”这个术语源于简单的几何体，如圆盘，在某阶模态下振动时的表现。这时，大多数振型中将包含如图5所示的横穿整个圆盘表面的板外位移为零的线，通常称为节径。
图5节径的一些例子
对具有循环对称特征的复杂结构（如涡轮叶片组件），在振型中也许观察不到零位移线。因此ANSYS 中关于节径的数学定义是广义的，未必和横穿结构的零位移线条数相符。
节径数是确定在以等于扇区角的周向角间隔开的点处的单一自由度（DOF）值的变化的整数。若节径数等于ND，此变化可用函数COS（ND*THETA）表示。
按上面的定义，对给定的节径数，只要满足在以扇区角隔开的点处的自由度（DOF）按COS（ND*THETA）变化，则沿周向可以存在可变数目的振动波。例如，节径=0且扇区角=60度的扇区将产生沿周向有
0,6,12,…,6n个波形的模态。（在某些参考文献中，“模态”这个术语被用于替代上面定义的节径，而术语节径则代表实际可观察到的沿结构周向的波形数。）
§1.12.3标准（无应力）循环对称结构模态分析过程
标准（无应力）循环对称结构模态分析的过程如图6所示。有无预应力，循环模态分析都是可以使用的。
注意─循环对称结构模态分析的过程中使用了两个ANSYS预定义的宏：CYCGEN和CYCSOL。这两个宏都可以处理实体结构或壳单元。
图6（无应力）循环对称结构模态分析流程
1.在总体柱坐标系（CSYS=1）中定义循环结构的一个基本扇区模型。
基本扇区的跨角θ应当满足nθ=360，n是整数。基本扇区只能由有限元单元组成，不能有超单元。允许存在内部的耦合及约束方程。如果有边界条件，可以施加到基本扇区上，并利用CYCGEN,’LOAD’(第4步)，或者在后面（第5步）步骤施加上。
基本扇区的定义必须有如图7所示的相匹配的低（low）角度侧面和高（high）角度侧面。匹配是指在两侧面上应有相对应的节点，且对应节点相隔的几何角度为扇区角。侧面可以是任何形状，不必是柱坐标空间中的“平面”。
图7基本扇区的定义
2.选择在最低度角侧面上的节点并将它们定义为一个组件。对另一侧面上的节点也可定义为一个组件，也可以不定义。
命令：CM,LOW,NODE
CM,HIGH,NODE（可不定义）
GUI：Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component
3.选中所有图素。
命令：ALLSEL
GUI：Utility Menu>Select>Everything
4.运行宏CYCGEN。该宏创建第二个扇区，并且垒加在基本扇区上。这两个扇区的节点之间存在一个恒定的偏移量（由参数NTOT指定）。它们都将用于模态分析。宏CYCGEN会把基本扇区中的耦合及约束方程复制到新生成的扇区中去。
命令：CYCGEN
EPLOT
GUI：Main Menu>Preprocessor>Cyclic Sector
指定 CYCGEN ,"LOAD"拷贝载荷和内部耦合与约束方程到第二扇区。如果执行 CYCGEN (不带任何参数)，继续下面的第5步。如果执行 CYCGEN ,"LOAD"，跳过第5步，从第6步继续。
5.继续在PREP7中定义所需要的边界条件。边界条件必须在两个扇区上都定义。建议按节点位置（By Location）而不要按节点号选择节点。如果没有预应力，就不必施加对称边界条件。
6.进入求解器，指定分析类型为模态分析并设置分析选项。只能采用子空间法或分块Lanczos法进行循环对称结构的模态分析。（参见<
命令：ANTYPE
MODOPT
GUI：Main Menu>Solution>Analysis Type>Modal
Main Menu>Solution>Analysis Options>Block Lanczos
7.运行宏CYCSOL并定义节径范围和扇区角：
命令：CYCSOL,NDMIN,NDMAX,NSECTOR,LOW
GUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>Modal Cyclic Sym
该命令对每个节径数执行一次单独的特征值提取过程，其中：NDMIN和NDMAX是感兴趣的最低和最高节径数。合理的范围是：
·若扇区角NSECTOR为偶数，则可接受的节径数范围是0~NSECTOR/2；
·若扇区角NSECTOR为奇数，则可接受的节径数范围是。
宏CYCSOL执行分析过程（不须发SOLVE命令），并计算固有频率和振型（若要求计算了）。结果文件（Jobname.RST）将包含有多个载荷步（load steps），每个载荷步对应一个节径数值，第一个载荷步对应节径数NDMIN，第二个对应NDMIN+1，依次类推。最后一个载荷步对应节径数NDMAX。在每一个载荷步内，子步（substeps）对应属于当前节径数的模态。例如NDMIN=0,NDMAX=1并且要求扩展2阶模态，则结
8.进入通用后处理器，扩展模型以供显示。必须指定希望扩展出的扇区数。
命令：EXPAND
GUI：Main Menu>General PostProcessor>Modal Cyclic Sym
注意－命令/EXPAND也可用于得到整个模型的模态分析结果。参见<
§1.12.4有预应力循环对称结构模态分析
有预应力循环对称结构模态分析的分析过程如图8所示。
除了要求先做一次静力学分析来计算基本扇区的预应力外，有预应力模态循环和无应力情形的分析步骤基本上一样。因此第1～4步及第7、8步在两种情形中是一致的。第5和第6步的说明如下。
5.进入求解器，定义引起预应力的静载荷和边界条件。用PSTRES命令使分析包含预应力计算，然后求解［SOLVE］得到静力学解。
6.重新进入求解器，指定分析类型为模态分析，并设置分析选项。一定要用PSTRES命令使分析过程包含预应力效果。
注意-在得到静力学解后必须删除对称性边界条件。
ANSYS模态分析教程及实例讲解
ANSYS模态分析教程及实例讲解 ANSYS是一款常用的有限元分析软件，可以用于执行结构分析、热分析、流体分析等多种工程分析。模态分析是其中的一项重要功能，用于计算和分析结构的固有振动特性，包括固有频率、振型和振动模态，可以帮助工程师了解和优化结构的动态响应。 以下是一份ANSYS模态分析教程及实例讲解，包含了基本步骤和常用命令，帮助读者快速上手模态分析。 1.创建模型：首先需要创建模型，在ANSYS界面中构建出待分析的结构模型，包括几何形状、材料属性和边界条件等。可以使用ANSYS的建模工具，也可以导入外部CAD模型。 2.网格划分：在模型创建完毕后，需要进行网格划分，将结构划分为小的单元，使用ANSYS的网格划分功能生成有限元网格。网格划分的细腻程度会影响分析结果的准确性和计算时间，需要根据分析需要进行合理选择。 3.设置材料属性：在模型和网格创建完毕后，需要设置材料属性，包括弹性模量、密度和材料类型等。可以通过ANSYS的材料库选择已有的材料属性，也可以自定义材料属性。 4.定义边界条件：在模型、网格和材料属性设置完毕后，需要定义结构的边界条件，包括约束和加载条件。约束条件是指结构受限的自由度，例如固定支撑或限制位移；加载条件是指施加到结构上的载荷，例如重力或外部力。
5.运行模态分析：完成前面几个步骤后，就可以执行模态分析了。在ANSYS中，可以使用MODAL命令来进行模态分析。MODAL命令需要指定求 解器和控制选项，例如求解的模态数量、频率范围和收敛准则等。 6.分析结果：模态分析完成后，ANSYS会输出结构的振动特性，包括 固有频率、振型和振动模态。可以使用POST命令查看和分析分析结果， 例如绘制振动模态或振动模态的频率响应。 下面是一个实际的案例，将使用ANSYS执行模态分析并分析分析结果。 案例：矩形板的模态分析 1.创建模型：在ANSYS界面中创建一个矩形板结构模型，包括矩形板 的几何形状和材料属性等。 2.网格划分：对矩形板进行网格划分，生成有限元网格。可以使用ANSYS的自动网格划分功能，也可以手动划分网格。 3.设置材料属性：定义矩形板的材料属性，包括弹性模量、密度和材 料类型等。可以根据具体情况选择合适的材料属性。 4.定义边界条件：定义矩形板的边界条件，包括约束和加载条件。例如，可以定义一个边界为固支，另一个边界施加一个加载。 5.运行模态分析：使用MODAL命令执行模态分析，指定求解器和控制 选项。例如，可以设置求解3个模态，计算频率范围在0-100Hz，收敛准 则为0.01 6.分析结果：模态分析完成后，使用POST命令进行结果分析。可以 绘制振动模态的振型图或频率响应图，分析结构的振动特性。
ANSYS模态分析
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。希望本文对读者能够理解和应用ANSYS模态分析有所帮助。
ANSYS模态分析教程及实例讲解解析
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。 5.运行分析：运行模态分析，ANSYS将计算结构的固有频率和振动模态。 6.结果分析：查看和分析计算结果，包括固有频率、振动模态形态、 振动模态形状等。使用后处理技术对结果进行更详细的分析。
ansys模态分析
模态分析是研究结构动力特性的现代方法。它是系统识别方法在工程振动领域中的应用。振型是机械结构的固有振动特性，每种振型都有特定的固有频率，阻尼比和振型。这些模态参数可以通过计算或实验分析获得。这样的过程称为模态分析。 模态分析是寻找特征值和特征向量。特征值是知道与结构振动的某些基本振动模式相对应的频率。实际上，有时为了避免这些基本频率并防止共振，有时必须加强振动。根据实际需要，基本固有频率可以为我们提供一个标准，以了解我们的结构变形是快还是慢。自然频率还可以表示整个结构的刚度：低频表示结构的刚度低（结构是非常柔软的），而高频意味着该结构具有很高的刚度（该结构非常坚硬）。结构的软硬程度根据需求而变化。例如，刚性的高层建筑设计不会震动太大，但不容易吸收地震能量。相反，灵活的高层建筑设计虽然可以震动更多，但可以吸收很多地震能量。 振型的实际价值是什么？从振动状态的形状，我们可以知道结构在一定的自然共振频率下的变形趋势。为了增强结构的刚度，您可以从这些较弱的部分进行加固。例如，对于高层建筑的设计，如果经过模态分析后发现最低频率振动状态是在整个高层建筑的扭转方向上，则意味着该方向上的刚度是第一部分有待加强。 模态截断 在理想情况下，我们希望获得结构的完整模态集，这在实际应用中既不可能也不是必需的。实际上，并非所有模式都对响应做出相同的贡献。对于低频响应，高阶模式的影响较小。对于实际结构，我们
通常对前几个或几十个模式感兴趣，而较高的模式通常被丢弃。这样，尽管会引起一些误差，但FRF的矩阵阶数将大大减少，工作量将大大减少。此方法称为模式截断。 ANSYS模态分析软件主要包括三个部分：预处理模块，分析计算模块和后处理模块 1.预处理模块为实体建模和网格生成提供了强大的工具。用户可以轻松构建有限元模型； 2.分析和计算模块包括结构分析，流体动力学分析，电磁场分析，声场分析，压电分析和多个物理场的耦合分析。它可以模拟各种物理介质的相互作用，并具有灵敏度分析和优化分析的能力； 3.后处理模块可以通过等值线显示，梯度显示，颗粒流轨迹显示，三维切片显示，透明和半透明显示来显示计算结果，还可以以图表形式显示或输出计算结果和曲线。 扩展数据 ANSYS模态分析图片映射的网格生成条件如下 1.必须是由3个或4个边组成的面，并且允许连接线或合并线； 2.面的相反侧必须划分为相同数量的元素，或者与过渡网格的划分相匹配； 3.如果面只有三个边缘，则元素必须是偶数，并且每侧的元素数必须相等； 4.如果一个面的边缘多于4个，则不能使用映射的网格。
ANSYS入门——模态分析步骤与实例详解
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。 5.执行分析： 点击工具条中的“Solve”按钮，开始进行模态分析。 6.结果展示与分析：
ANSYS模态分析详细解释
Ansys模态分析详细论述 1、有限元概述 将求解域分解成若干小域，有限元模型由单元组成，单元之间通过节点连接，并承受载荷，节点自由度是随着连接该点单元类型变化的。 1.1分析前准备 （1）研读相关理论基础； （2）参考别人的分析方法和思路； （3）考虑时间和设备，做适当的简化假设，设定条件、材料并决定分析方式；（4）了解力学现象、分析关键位置并预先评估。 1.2 Von Mises 应力 Von Mises 应力是非负值，应力表达式可表示为： 1.3结果的分析 （1）建立疏密不同的三至五种网络，选择适中密度，不能以存在应力集中点处的结果做对比； （2）检验网格，分析结果的合理性，选择安全系数，并且要分析应力集中的真实性与危险性。 （3）接触收敛速度的提高：在不影响结构的前提下，控制或减少接触单元生成数目，并采用线性搜索，与打开自适应开关来提高收敛速度。 2、模态分析中的几个基本概念 物体按照某一阶固有频率振动时，物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的，可以用一个向量表示，这个就称之为模态。模态这个概念一般是在振动领域所用，可以初步的理解为振动状态，我们都知道每个物体都具有自己的固有频率，在外力的激励作用下，物体会表现出不同的振动特性。2.1主要模态 一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型；二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率
的两倍时候出现，此时的振动外形叫做二阶振型，以依次类推。一般来讲，外界激励的频率非常复杂，物体在这种复杂的外界激励下的振动反应是各阶振型的复合。模态是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。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。有限元中模态分析的本质是求矩阵的特征值问题，所以“阶数”就是指特征值的个数。将特征值从小到大排列就是阶次。 实际的分析对象是无限维的，所以其模态具有无穷阶。但是对于运动起主导作用的只是前面的几阶模态，所以计算时根据需要计算前几阶的。一个物体有很多个固有振动频率（理论上无穷多个），按照从小到大顺序，第一个就叫第一阶固有频率，依次类推。 所以模态的阶数就是对应的固有频率的阶数。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。每一阶固有频率都对应一种振型。振型与体系实际的振动形态不一定相同。振型对应于频率而言，一个固有频率对应于一个振型。按照频率从低到高的排列来说，有第一振型，第二振型等等，此处的振型就是指在该固有频率下结构的振动形态，频率越高则，振动周期越小。在实验中，我们就是通过用一定的频率对结构进行激振，观测相应点的位移状况，当观测点的位移达到最大时，此时频率即为固有频率。实际结构的振动形态并不是一个规则的形状，而是各阶振型相叠加的结果。 固有频率也称为自然频率(natural frequency)。物体做自由振动时，其位移随时间按正弦或余弦规律变化，振动的频率与初始条件无关，而仅与系统的固有特性有关（如质量、形状、材质等），称为固有频率，其对应周期称为固有周期。物体做自由振动时，其位移随时间按正弦规律变化，又称为简谐振动。简谐振动的振幅及初相位与振动的初始条件有关，振动的周期或频率与初始条件无关，而与系统的固有特性有关，称为固有频率或者固有周期。 物体的频率与它的硬度、质量、外形尺寸有关，当其发生形变时，弹力使其恢复。弹力主要与尺寸和硬度有关，质量影响其加速度。同样外形时，硬度高的频率高，质量大的频率低。一个系统的质量分布，内部的弹性以及其他的力学性质决定。 2.2模态扩展
ANSYS动力学分析指南——模态分析
ANSYS动力学分析指南——模态分析 ANSYS动力学分析是一种用于评估和优化机械结构、系统或装置的动 态性能的分析方法。其中模态分析是其中一种常见的分析类型，通过模态 分析可以获取结构的固有频率、振型和模态质量等信息，从而更准确地评 估结构的动态响应。 下面是一个ANSYS动力学模态分析的步骤指南： 1.导入几何模型：首先，需要将几何模型导入到ANSYS中。可以使用ANSYS自带的几何建模工具创建模型，也可以从CAD软件中导入现有模型。在导入几何模型时，需要确保模型的几何尺寸和几何形状正确无误。 2.建立材料属性：为了进行动力学分析，在模型中必须定义材料的属性。这包括材料的密度、弹性模量、泊松比等。如果需要考虑材料的各向 异性，还需要定义合适的各向异性参数。 3.设置边界条件：为了模拟真实工程环境下的载荷作用，需要为模型 设置适当的边界条件。这包括固支约束、加载条件和约束条件等。在模型 中的各个节点上，需要确保边界条件的正确性和合理性。 4.选择求解器类型：ANSYS提供了多种求解器类型，可以根据实际需 求选择合适的求解器。在动力学模态分析中，通常使用的是频域求解器或 模型超级定法(Modal Superposition Method)求解器。 5.网格划分：在进行动力学模态分析之前，需要对模型进行网格划分。网格划分的目的是将连续的结构离散为有限的单元，从而对模型进行数值 求解。在网格划分时，需要根据模型的复杂程度和准确性要求进行适当的 划分。
6.设置求解参数：在进行动力学模态分析之前，需要设置一些求解参数。这包括求解器的收敛准则、求解的频率范围和预期的模态数量等。这些参数的设置可以影响到求解结果的准确性和计算效率。 7.进行模态分析：设置好求解参数后，可以进行动力学模态分析。在分析过程中，ANSYS会通过计算结构的固有频率和振型来评估结构的动态响应。如果需要获取更多的信息，可以通过后处理功能查看模态质量、模态阻尼和模态形状等结果。 8.结果评估和优化：在进行模态分析后，可以用结果来评估结构的动态性能。根据分析结果，可以识别结构中的动态特性和问题，并提出相应的改进措施。如果需要进行优化设计，可以采用参数化建模和参数敏感性分析方法来寻找最佳设计方案。 总结： 以上是ANSYS动力学模态分析的一个基本步骤指南。通过模态分析，可以更深入地了解结构的动态特性，为结构的设计和优化提供参考。需要注意的是，在进行分析前，需要对模型进行建模、设置材料属性和边界条件等预处理工作；在分析过程中，需要选择合适的求解器类型、进行网格划分，并设置适当的求解参数；在分析结果中，可以通过后处理功能获取各种模态信息，进一步进行结果评估和优化设计。
ANSYS模态分析
ANSYS模态分析 首先，我们来了解一下ANSYS模态分析的原理。模态分析的目标是找 到系统的固有振动特性，包括自然频率、振型和振幅。通过模态分析，可 以确定系统的临界频率，从而避免共振现象的发生。模态分析基于有限元法，将结构划分为多个有限元，然后在每个有限元上求解固有值问题。在 求解过程中，系统的刚度矩阵和质量矩阵起到了重要作用。通过求解固有 值问题，可以得到系统的自然频率和振型。 模态分析的步骤如下： 1.创建模型：首先，需要创建一个准确的模型，包括结构的几何形状、材料属性和支撑约束。 2.网格划分：接下来，将结构划分为多个有限元，对结构进行网格划分。划分的精度将直接影响到分析结果的准确性和计算的效率。 3.定义材料和边界条件：为模型中的每个有限元分配相应的材料属性，包括材料的弹性模量、泊松比和密度等。然后，定义边界条件，包括结构 的支撑约束和加载条件。 4.求解固有值问题：使用ANSYS软件中的模态分析模块进行求解。该 模块将自动构建刚度矩阵和质量矩阵，并求解固有值问题。求解后，可以 得到系统的自然频率和振型。 5.结果分析：最后，对模态分析的结果进行分析。通过观察振型，可 以了解结构的振动模式。通过自然频率，可以判断结构的稳定性。 ANSYS模态分析的应用非常广泛。在航空领域，它可以用于分析飞机 结构的自然频率和振型，以确保结构的稳定性和安全性。在汽车领域，它
可以用于分析汽车的悬挂系统、底盘和车身等结构的自然频率和振型。在 建筑领域，它可以用于分析建筑物的振动响应，以确保结构的稳定性和抗 震性能。 以下是一个实例，展示了ANSYS模态分析的具体应用： 考虑一个简单的悬臂梁结构，长度为L，截面为矩形，宽度为b，高 度为h。悬臂梁的一个端点固定，另一个端点受到一个集中力P的作用。 首先，在ANSYS中创建该悬臂梁的几何模型，并进行网格划分。然后，定义悬臂梁的材料属性，如弹性模量E和密度ρ。接下来，定义边界条件，包括悬臂梁的支撑约束和加载条件。然后，使用ANSYS的模态分析模 块进行求解。求解后，可以得到该悬臂梁的自然频率和振型。最后，通过 观察振型和自然频率，可以对悬臂梁的振动性能进行分析。 总之，ANSYS模态分析是一种重要的结构分析方法。通过该方法，可 以确定系统的自然频率和振型，从而确保结构的稳定性和安全性。它在航空、汽车、建筑等领域中有着广泛的应用。
(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程
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。 施加约束，Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。 求解，Main Menu-Solution-Solve-Current LS。 (3).扩展模态 如果要在POSTI中观察结果，必须先扩展模态，即将振型写入结果文件。过程包括重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。 激活扩展处理及其选项，Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes。 指定载荷步选项。 扩展处理，Main Menu-solution-Solve-Current LS。 注意:扩展模态可以如前述办法单独进行，也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。本例即采用了后面的方法 (4).查看结果 模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等
ANSYS模态分析方法与步骤
模态分析方法与步骤 一、模态分析包括下列6种方法，使用何种模态提取方法主要取决于模型大小（相对于计算机的计算能力而言）和具体的应用场合。 1.缩减法(reduced)： 该方法为一般结构最常用的方法之一。其原理是在原结构中选取某些重要的节点为自由度，称为主自由度(master degree of freedom)，再用该主自由度来定义结构的质量矩阵及刚度矩阵并求出其频率及振动模态，进而将其结果扩展至全部结构。在解题过程中该方法速度较快，但其答案较不准确。 主自由度的选择依照所探讨的模态、结构负载的情况而定： a. 主自由度的个数至少为所求频率个数的两倍。 b. 选择主自由度的方向为结构最可能振动的方向。 c. 主自由度节点位于较大质量或转动惯量处及刚性较低位置。 d. 如果弯曲模态为主要探讨模态，则可省略旋转自由度。 e. 主自由度的节点位于施力处或非零位移处。 f. 位移限制为零的位置不能选为主自由度节点，因为这种节点具有高刚性的特性。可以用M命令来定义主自由度。此外，也可由ANSYS自动选择自由度。 2. 子空间迭代法(subspace)： 通常用于大型结构中，仅探讨前几个振动频率，所得到结果较准确，不需要定义主自由度，但需要较多的硬盘空间及CPU时间。求取的振动模态数应该小于模型全部自由度的一半。 3. 不对称法(unsymmetrical)： 该方法用于质量矩阵或刚度矩阵为非对称时，例如转子系统。其特征值(eigenvalue)为复数，实数部分为自然频率；虚数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。
4. 阻尼法(damped)： 该方法用于结构系统具有阻尼现象时，其特征值为复数，虚数部分为自然频率；实数部分为系统的稳定度，正值表示不稳定，负值表示稳定。 5. 分块兰索斯法(block lanczos)： 该方法用于大型结构对称的质量及刚度矩阵，和次空间方法相似，但收敛性更快。 6. 快速动力法(power dynamics method)： 该方法用于非常大的结构（自由度大于100,000）且仅需最小几个模态。该方法质量矩阵采用集中质量法。 二、模态分析中的四个主要步骤： 1. 模型建立：模态分析是线性分析，如果在分析中指定了非线性单元，程序在计算过程中将忽略其非线性行为，故模态分析尽可能选用线性单元。在材料特性中密度DENS一定要定义，以构建质量矩阵；另外必须指定弹性模量EX。材料的性质可以是线性的、非线性的、恒定的或与温度相关的，但非线性性质将被忽略。 2.选择分析类型和分析选项：进入/SOLU中定义模态分析，声明模态分析方法，结构外力负载（通常指结构约束条件，如果有结构外力，则是预应力问题），主自由度的选择（如选用降阶法）。求解，退出/SOLU。 3. 施加边界条件并求解：进入/SOLU，将所得结果扩展至全结构，求解，并保存至结果文件以便在后处理器中检查结果。 4. 进入/POST1检查结果。 也可以将求解与模态扩展合并在一起，定义完模态分析相关参数后，不求解，先定义模态扩展，然后再求解。
ansys-齿轮模态分析
基于ANSYS 的齿轮模态分析 齿轮传动是机械传动中最重要的传动部件，被广泛的应用在各个生产领域中，经常用在重要的场合；传动齿轮在工作过程中受到周期性载荷力的作用，有可能在标定转速发生强烈的共振，动应力急剧增加，致使齿轮过早出现扭转疲劳和弯曲疲劳。静力学计算不能完全满足设计要求，因此有必要对齿轮进行模态分析，研究其振动特性，得到固有频率和主振型(自由振动特性)。同时，模态分析也是其它动力学分析如谐响应分析、瞬态动力学分析和谱分析的基础。 本文运用UG 对齿轮建模并用有限元软件ANSYS 对齿轮进行模态分析，为齿轮动态设计提供了有效的方法。 1.模态分析简介 由弹性力学有限元法，可得齿轮系统的运动微分方程为： []{}[]{}[]{}{()}M X C X K X F t ++= （1） 式中，[]M ，[]C ，[]K 分别为齿轮质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量，{}X 、{}X 、{}X 分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量，12{}{,, ,}T n X x x x =；{()}F t 为齿轮所受外界激振力向量，{}12{()},,T n F t f f f =。若无外力作用，即{}{()}0F t =，则得 到系统的自由振动方程。在求齿轮自由振动的频率和振型即求齿轮的固有频率和固有振型时，阻尼对它们影响不大，因此，可以作为无阻尼自由振动问题来处理 [2]。无阻尼项自由振动的运动方程为： []{}[]{}0M X K X += （2） 如果令 {}{}sin()X t φωφ=+ 则有 2{}{}sin()X t ωφωφ=+ 代入运动方程，可得 2([][]){}0i i K M ωφ-= （3） 式中i ω为第I 阶模态的固有频率，i φ为第I 阶振型，1,2, ,i n =。 2.齿轮建模 在ANSYS 中直接建模有一定的难度，考虑到其与多数绘图软件具有良好的数据接口，可以方便的转化，而UG 软件以其参数化、全相关的特点在零件造型方面表现突出，可以通过参数控制模型尺寸的变化，因此本文采用通过UG 软件对齿轮进行参数化建模，保存为IGES 格式，然后将模型导入到ANSYS 软件中的方法。设有模数m=2.5mm ，齿数z=20，压力角β=20°，齿宽b=14mm ，孔径为￠20mm 的标准齿轮模型。如图1
ansys模态分析详解
ANSYS动力学分析指南 作者: 安世亚太 第一章模态分析 §1.1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产品家族中的模态分析是一个线性分析。任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、 PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。后面将详细介绍模态提取方法。 §1.2模态分析中用到的命令 模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。 后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。而“模态分析实例（GUI方式）”则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<
ANSYS模态分析实例和详细过程
ANSYS模态分析实例和详细过程 ANSYS是一款被广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以进行多 种不同类型的分析，包括模态分析。模态分析是通过对结构进行振动分析，计算得到结构的固有频率、振型和阻尼比等参数，对结构的动力响应进行 预测和分析。本文将介绍ANSYS模态分析的实例和详细过程。 一、模态分析实例 假设我们有一个简单的悬臂梁结构，长度为L，横截面面积为A，杨 氏模量为E，密度为ρ。我们想要计算该梁结构的固有频率、振型和阻尼 比等参数，以评估其动力特性。 二、模态分析过程 1.准备工作 在进行模态分析之前，我们需要先准备好结构的有限元模型。假设我 们已经完成了悬臂梁结构的几何建模和网格划分，并且已经定义好了材料 属性和约束条件。 2.设置分析类型和求解器 打开ANSYS软件，并选择“Structural”工作台。在“Analysis Settings”对话框中，选择“Modal”作为分析类型。然后，在 “Analysis Type”对话框中选择“Modes”作为解决方案类型。 3.定义求解控制参数 在“Analysis Settings”对话框中，点击“Solution”选项卡。在 该选项卡中，我们可以定义求解控制参数，例如计算模态频率的数量、频 率范围和频率间隔等。
4.添加约束条件 在模态分析中，我们需要定义结构的边界条件。假设我们对悬臂梁的 一端施加固定边界条件，使其不能在该位置发生位移。我们可以在“Model”工作区中选择相应的表面，然后右键点击并选择“Fixed”。 5.添加载荷 在模态分析中，我们通常可以不添加外部载荷。因为模态分析着重于 结构的固有特性，而不是外部激励。 6.定义材料属性 在模态分析中，我们需要定义材料的弹性性质。假设我们已经在材料 库中定义了结构所使用的材料，并在“Model”工作区中选择了适当的材料。 7.运行分析 完成以上设置后，我们可以点击“Run”按钮开始运行分析。ANSYS 将计算结构的固有频率、振型和阻尼比等参数。 8.结果分析 一旦分析完成，我们可以查看和分析计算得到的结果。在模态分析中，我们通常关注的是固有频率、振型和阻尼比。我们可以在ANSYS的结果视 图中查看这些结果，并进行相应的分析和解释。 以上就是ANSYS模态分析的一个简单实例和详细过程。在实际应用中，模态分析可以帮助工程师更好地了解和评估结构的动力特性，以提高结构 的设计和性能。
ANSYS模态分析实例
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。
ANSYS模态分析实例和详细过程
ANSYS模态分析实例和详细过程 下面是一个ANSYS模态分析的实例和详细过程： 1.创建模型：使用ANSYS的几何建模工具，创建需要进行模态分析的 结构模型。模型可以包括不同的几何形状、材料属性和加载条件等。 2.定义材料属性：根据结构的材料特性，定义材料的弹性模量、泊松 比和密度等参数。这些参数将用于在分析中计算结构的响应。 3.网格划分：使用ANSYS的网格划分工具，将结构模型进行离散化处理，将其划分为小的单元网格，这些单元网格将用于进行数值计算。 4.定义加载条件：根据实际情况，定义结构的加载条件，包括外力、 支持条件和约束等。这些加载条件将作为分析的输入参数。 5.设置分析类型：在ANSYS的分析设置中，选择模态分析作为分析类型。定义分析的参数，包括求解方法、迭代步数和计算精度等。 6.进行求解：点击ANSYS的求解按钮，开始进行模态分析的求解过程。ANSYS将根据设定的求解参数，使用有限元法进行结构的动力学计算。 7.分析结果：模态分析完成后，ANSYS将生成一系列结果，包括结构 的固有频率、模态振型、模态质量和模态阻尼等。这些结果可以用于评估 结构的振动特性和动力响应。 8.结果后处理：使用ANSYS的后处理工具，将分析结果进行可视化处理，绘制出结构的模态振型图和模态频率响应图等。这些图形可以帮助工 程师更好地理解结构的动力学特性。 以上是一个简单的ANSYS模态分析的实例和详细过程。在实际应用中，根据具体情况可能需要进行更多的参数设置和后处理操作，以获取更准确
和全面的分析结果。同时，模态分析结果还可以用于其他工程分析，如结构的疲劳分析和振动控制等。
循环对称结构模态分析-ANSYS 经典
循环对称结构模态分析-ANSYS 经典 第一步：定义单元类型 单元类型定义为solid185：ANSYS Main Menu：Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Solid: Brick 8node 185 →OK（返回到Element Types窗口）→Close 第二步：定义材料属性 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic：EX：2.1e5（弹性模量），PRXY：0.3（泊松比）→OK Structural →Density→DENS:7.8e-9（密度）→OK点击该窗口右上角的“×”来关闭该窗口
第三步：建立几何模型 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Circle →By Dimensions →按照下图输入→OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Operate →Extrude →Areas →Along Normal →选择上述所建立的面→OK →Dist输入5→OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Operate →Extrude →Areas →Along Normal →选择上述所建立的面→OK →Dist输入-5→OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Circle →By Dimensions →RAD1：47，RAD2:45，THEAT1：-15，THEAT2：15 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Operate →Extrude →Areas →Along Normal →选择上述所建立的面→OK →Dist输入5→OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Operate →Extrude →Areas →Along Normal →选择上述所建立的面→OK →Dist输入-5→OK
ANSYS模态分析实例!
ANSYS模态分析实例! 下面以一个简单的悬臂梁为例，介绍如何进行ANSYS模态分析。 首先，在ANSYS软件中创建一个新的工程，并导入悬臂梁的三维模型。然后，选择“模态分析”模块，进行模态分析设置。在模态分析设置中， 需要设置分析类型、求解器、收敛准则等参数。 在悬臂梁的模态分析中，我们可以选择进行固有频率和振型的分析。 固有频率是结构的自由振动频率，振型是结构在不同固有频率下的形态和 振动模式。 为了进行分析，需要给出悬臂梁的材料属性、几何属性和边界条件。 在模态分析中，材料属性可以通过给定材料的密度、弹性模量和泊松比来 定义。几何属性需要给定悬臂梁的截面形状和尺寸。边界条件则是指定悬 臂梁的支撑方式，例如给定支座的约束条件。 在模态分析设置完成后，就可以进行求解了。ANSYS软件将根据给定 的参数进行求解，并输出悬臂梁的固有频率和振型。用户可以根据固有频 率的大小和频率分布，判断结构是否具有较好的动力特性，并针对不足之 处进行优化。 通过模态分析，我们可以了解悬臂梁的固有频率和振型，进而评估结 构是否满足设计要求。对于悬臂梁来说，固有频率越高，说明结构越刚硬，越不容易发生振动。结构的固有频率还与其几何形状、材料特性和约束条 件有关。 此外，模态分析还可以帮助设计师发现结构的共振现象，即当外力频 率接近结构的固有频率时，会引起结构的剧烈振动。共振现象会对结构的
安全稳定性产生重要影响，因此在设计中需要避免共振现象，或者通过在结构中引入阻尼器等装置来削弱共振效应。 综上所述，ANSYS模态分析是一种用于了解结构动力特性的数值模拟方法。通过模态分析，可以获取结构的固有频率和振型，并评估结构的动力性能。在实际工程中，模态分析可以为设计师提供结构优化的依据，以满足设计要求。
ansys动力学分析全套讲解
第一章模态分析 §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产品家族中的模态分析是一个线性分析。任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。后面将详细介绍模态提取方法。 §模态分析中用到的命令 模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。 后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<