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模态分析的相关知识目的过程等
M2-2
模态分析
第一节: 模态分析的定义和目的
第二节: 对模态分析有关的概念、术语以及模态提取方法的讨论
第三节: 学会如何在ANSYS中做模态分析
第四节: 做几个模态分析的练习
第五节: 学会如何做具有预应力的模态分析
第六节: 学会如何在模态分析中利用循环对称性
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M2-3
模态分析第一节: 定义和目的
什么是模态分析?
模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术:
自然频率
振型
振型参与系数 (即在特定方向上某个振型在多大程度上
参与了振动)
模态分析是所有动力学分析类型的最基础的内容。
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M2-4
模态分析定义和目的(续上页)
模态分析的好处:
使结构设计避免共振或以特定频率进行振动(例如扬声器);
使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷是如何响
应的;
有助于在其它动力分析中估算求解控制参数(如时间步长)。
建议: 由于结构的振动特性决定结构对于各种动力载荷的响应情
况,所以在准备进行其它动力分析之前首先要进行模态分
析。
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M2-5
通用运动方程:
假定为自由振动并忽略阻尼:
假定为谐运动:
这个方程的根是 i, 即特征值, i 的范围从1到自由度的数目, 相应的向量是 {u}I, 即特征向量。
模态分析第二节: 术语和概念
模态分析假定结构是线性的(如, [M]和[K]保持为常数)
简谐运动方程u = u0cos(wt), 其中 w 为自振圆周频率(弧度/秒)
注意:
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M2-6
模态分析术语和概念 (续上页)
特征值的平方根是 wi , 它是结构的自然圆周频率(弧度/秒),并可得出自然频率 fi = wi /2p
特征向量 {u}i 表示振型, 即假定结构以频率 fi振动时的形状
模态提取 是用来描述特征值和特征向量计算的术语
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M2-7
模态分析 - 术语和概念模态提取方法
在ANSYS中有以下几种提取模态的方法:
Block Lanczos法
子空间法
PowerDynamics法
缩减法
不对称法
阻尼法
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
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M2-8
模态分析 - 术语和概念模态提取方法 - Block Lanczos法
Block Lanczos 法可以在大多数场合中使用:
是一种功能强大的方法,当提取中型到大型模型(50.000 ~ 100.000 个自由度)的大量振型时(40+),这种方法很有效;
经常应用在具有实体单元或壳单元的模型中;
在具有或没有初始截断点时同样有效。(允许提取高于某个给定频率的振型);
可以很好地处理刚体振型;
需要较高的内存。
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M2-9
模态分析 - 术语和概念模态提取方法- 子空间法
子空间法比较适合于提取类似中型到大型模型的较少的振型 (40)
需要相对较少的内存;
实体单元和壳单元应当具有较好的单元形状,要对任何关于单元形状的警告信息予以注意;
在具有刚体振型时可能会出现收敛问题;
建议在具有约束方程时不要用此方法。
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M2-10
模态分析 - 术语和概念模态提取方法- PowerDynamics法
PowerDynamics 法适用于提取很大的模型(100.000个自由度以上)的较少振型( 20)。这种方法明显比 Block Lanczos 法或子空间法快,但是:
需要很大的内存;
当单元形状不好或出现病态矩阵时,用这种方法可能不收敛;
建议只将这种方法作为对大模型的一种备用方法。
子空间技术使用Power求解器(PCG)和 一直质量矩阵;
不执行Sturm序列检查(对于遗漏模态); 它可能影响多个重复频率的模型;
一个包含刚体模态的模型, 如果你使用PowerDynamics方法,必须执行RIGID命令(或者在分析设置对话框中指定RIGID设置)。
注: PowerDynamics方法
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M2-11
模态分析 - 术语和概念模态提取方法- 缩减法
如果模型中的集中质量不会引起局部振动,例如象梁和杆那样,可以使用缩减法:
它是所有方法中最快的;
需要较少的内存和硬盘空间;
使用矩阵缩减法,即选择一组主自由度来减小[K] 和[M] 的大小;
缩减[的刚度矩阵[K] 是精确的,但缩减的质量矩阵 [M]是近似的,近似程度取决于主自由度的数目和位置;
在结构抵抗弯曲能力较弱时不推荐使用此方法,如细长的梁和薄壳。
注意: 选择主自由度的原则请参阅ANSYS结构分析指南.
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模态分析 - 术语
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