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博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。——《礼记》

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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(blocklancets),缩减法

(reduced/householder)、动态提取法(powerdynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法

(damped),QR阻尼法(QRdamped)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，MainMenu-Solution-AnalysisType-NewAnalysis,选择Modal。

指定分析选项，MainMenu-Solution-AnalysisType-AnalysisOptions，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，MainMenu-Solution-DefineLoads-Apply-Structural-Displacement。

求解，MainMenu-Solution-Solve-CurrentLS。

(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，MainMenu-Solution-LoadStepOpts-Expansionpass-Single

Expand-Expandmodes。

指定载荷步选项。

扩展处理，MainMenu-solution-Solve-CurrentLS。

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

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