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ANSYS 动力学分析指南(连载一) 发表时间：2007-7-25 作者: 安世亚太 关键字: ANSYS 动力学分析 安世亚太模态分析 §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