ANSYS模態(tài)理論介紹ppt課件

模態(tài)分析 2 2 模態(tài)分析 模態(tài)分析定義和目的B 討論相關(guān)的概念 術(shù)語及模態(tài)提取方法C 學(xué)習(xí)怎樣在ANSYS中做模態(tài)分析D 模態(tài)分析練習(xí) 2 3 模態(tài)分析A 定義和目的 什么是模態(tài)分析 定義結(jié)構(gòu)振動特性的方法 固有頻率模態(tài)形式模態(tài)分析是各種動力學(xué)分析類型最基礎(chǔ)的內(nèi)容 2 4 模態(tài)分析 定義和目的 模態(tài)分析的優(yōu)點使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振或按特定頻率進(jìn)行振動 例如揚(yáng)聲器 使工程師可以認(rèn)識到對于不同類型的動力載荷結(jié)構(gòu)是如何響應(yīng)的有助于在其它動力分析中估算求解控制參數(shù) 如時間步長 建議 由于結(jié)構(gòu)的振動特性決定了結(jié)構(gòu)對于各種動力載荷的響應(yīng)情況 所以在準(zhǔn)備進(jìn)行其它動力分析之前首先要進(jìn)行模態(tài)分析 2 5 通用運(yùn)動方程 假定為自由振動并忽略阻尼 假定諧運(yùn)動 即 這個方程的根是 i 即特征值 i的范圍從1到自由度的數(shù)目 相應(yīng)的向量是 u I 即特征向量 模態(tài)分析B 術(shù)語與概念 2 6 模態(tài)分析 術(shù)語與概念 特征值的平方根是wi 它就是結(jié)構(gòu)的自然圓頻率 弧度 秒 并可得出自然頻率fi wi 2p 圈 秒 特征向量 u i表示振型 即假定結(jié)構(gòu)以頻率fi振動時的形狀 2 7 模態(tài)分析 術(shù)語與概念 接上頁 模態(tài)提取是用來描述特征值和特征向量計算的術(shù)語 模態(tài)擴(kuò)展有兩重含義 對于縮減法 模態(tài)擴(kuò)展是從縮減模態(tài)形式計算全模態(tài)形式 對于其它的方法 模態(tài)擴(kuò)展僅僅是表示把模態(tài)形式寫入結(jié)果文件 2 8 模態(tài)分析 術(shù)語和概念模態(tài)提取法 在ANSYS中有以下幾種模態(tài)提取方法 分塊Lanczos法 缺省 子空間法PowerDynamics法縮減法非對稱法阻尼法 full QR阻尼法使用何種模態(tài)提取方法主要取決于模型大小 相對于計算機(jī)的計算能力而言 和具體的應(yīng)用場合 2 9 模態(tài)分析 術(shù)語和概念 模態(tài)提取法 分塊Lanczos法 分塊Lanczos法可以在大多數(shù)應(yīng)用場合下使用 當(dāng)需提取很多階振型時 40 這種方法很有效經(jīng)常應(yīng)用在具有實體單元 殼單元 梁單元等復(fù)雜模型中是在一個頻率范圍內(nèi)模態(tài)的有效提取法可以有效處理約束方程很好的處理剛體模態(tài) 2 10 模態(tài)分析 術(shù)語和概念 模態(tài)提取法 子空間法 子空間法比較適合于提取中大模型中的較少模態(tài) 40 需要相對較少的內(nèi)存 較大的磁盤空間在具有剛體模態(tài)時可能會有收斂問題建議在具有約束方程時不要用此法通常被分塊Lanczos法取代 2 11 模態(tài)分析 術(shù)語和概念 模態(tài)提取法 PowerDynamics法 PowerDynamics法適用于提取很大的模型 100 000個自由度以上 的較少振型 20 這種方法明顯比分塊Lanczos法或子空間法快 但是 需要很大的內(nèi)存當(dāng)單元形狀不好或出現(xiàn)病態(tài)矩陣時 用這種方法可能不收斂可能丟失某些模態(tài) 沒有Sturm系列檢查 建議只將這種方法作為對大型模型的一種備用方法 2 12 模態(tài)分析 術(shù)語和概念 模態(tài)提取法 縮減法 如果模型中的集中質(zhì)量不會引起局部振動 例如象梁和桿那樣 可以使用縮減法 內(nèi)存和磁盤要求較低它是所有方法中最快的使用矩陣縮減法 即選擇一組主自由度來減小 K 和 M 的大小縮減的剛度矩陣 K 是精確的 但縮減的質(zhì)量矩陣 M 是近似的質(zhì)量矩陣 M 精確程度取決于主自由度的數(shù)目和位置通常不推薦使用 因為 在選擇主自由度需要有很高的要求分塊Lanczos法能有效的取代該方法降低了硬件的花費 2 13 模態(tài)分析 術(shù)語和概念 模態(tài)提取法 非對稱法 非對稱法適用于聲學(xué)問題 具有結(jié)構(gòu)藕合作用 和其它類似的具有非對稱質(zhì)量矩陣 M 和剛度矩陣 K 的問題 計算以復(fù)數(shù)表示的特征值和特征向量實數(shù)部分就是自然頻率虛數(shù)部分表示穩(wěn)定性 負(fù)值表示穩(wěn)定 正值表示不確定 2 14 模態(tài)分析 術(shù)語和概念 模態(tài)提取法 阻尼法 在模態(tài)分析中一般忽略阻尼 但如果阻尼的效果比較明顯 就要使用阻尼法 2 15 模態(tài)分析 術(shù)語和概念 模態(tài)提取法 Q R阻尼法 Q RDamped法是另一種考慮阻尼效應(yīng)的模態(tài)提取方法比現(xiàn)存的阻尼求解器更快 更穩(wěn)定可以用于條件很差的模型所有的阻尼形式都允許 包括阻尼單元合成了實特征值求解方法 分塊Lanczos 和復(fù)Hessenberg法 OR運(yùn)算方法 的最好的特性輸出復(fù)特征值 頻率和穩(wěn)定性 和每個模態(tài)的阻尼率 2 16 MODOPT QRDAMP NMODE 模態(tài)分析 術(shù)語和概念 模態(tài)提取法 Q R阻尼法 2 17 模態(tài)分析 術(shù)語和概念模態(tài)提取法概括 2 18 模態(tài)分析C 步驟 模態(tài)分析中的四個主要步驟 建模選擇分析類型和分析選項施加邊界條件并求解評價結(jié)果 2 19 模態(tài)分析步驟建模 必須定義密度 只能使用線性單元和線性材料 非線性性質(zhì)將被忽略 2 20 模態(tài)分析步驟選擇分析類型和分析選項 建模選擇分析類型和選項 進(jìn)入求解器并選擇模態(tài)分析模態(tài)提取選項 模態(tài)擴(kuò)展選項 其它選項 將與后面討論 2 21 模態(tài)分析步驟 選擇分析類型和分析選項 模態(tài)提取選項 方法 建議對大多數(shù)情況使用分塊Lanczos法振型數(shù)目 必須指定 縮減法除外 頻率范圍 缺省為全部 但可以限定于某個范圍內(nèi) FREQBtoFREQE 振型歸一化 將于后面討論 缺省為1e8 2 22 模態(tài)分析步驟 選擇分析類型和分析選項 模態(tài)振型歸一化 因為自由度解沒有任何實際意義 它只表明了模態(tài)形狀 即各個節(jié)點相對于其它節(jié)點是如何運(yùn)動的振型可以或者相對于質(zhì)量矩陣或者相對于單位矩陣進(jìn)行歸一化 對模態(tài)進(jìn)行相對于質(zhì)量矩陣的歸一化處理是缺省選項 這種歸一化也是頻譜分析或?qū)⒔又M(jìn)行的模態(tài)疊加分析所要求的如果想對整個結(jié)構(gòu)位移的相對值進(jìn)行比較 就選擇對模態(tài)進(jìn)行相對于單位矩陣進(jìn)行歸一化模態(tài)歸一化在隨后的模態(tài)疊加分析 瞬態(tài)分析 諧分析 譜分析或自由振動 中是不可用的 2 23 模態(tài)分析步驟 選擇分析類型和分析選項 模態(tài)擴(kuò)展 如果想進(jìn)行下面任何一項工作 必須擴(kuò)展模態(tài) 在后處理中觀察振型計算單元應(yīng)力進(jìn)行后繼的頻譜分析 2 24 模態(tài)分析步驟 選擇分析類型和分析選項 模態(tài)擴(kuò)展 接上頁 建議 擴(kuò)展的模態(tài)數(shù)目等于提取的模態(tài)數(shù)目 這樣做的代價最小 2 25 模態(tài)分析步驟 選擇分析類型和分析選項 其它分析選項 集中質(zhì)量矩陣 主要用于細(xì)長梁或薄殼 或者波傳播問題對PowerDynamics法 自動選擇集中質(zhì)量矩陣預(yù)應(yīng)力效應(yīng) 用于計算具有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的模態(tài) 以后討論 2 26 模態(tài)分析步驟施加邊界條件和求解 建模選擇分析類型和選項施加邊界條件并求解 位移約束 下面討論外部載荷 因為振動被假定為自由振動 所以忽略外部載荷 求解 以后討論 2 27 模態(tài)分析步驟 施加邊界條件和求解 位移約束 施加必需的約束來模擬實際的固定邊界在沒有施加約束的方向上將計算剛體振型不允許有非零位移約束 2 28 模態(tài)分析步驟 施加邊界條件和求解 位移約束 接上頁 注意對稱性對稱邊界條件只產(chǎn)生對稱的振型 所以將會丟失一些振型 FullModel 2 29 模態(tài)分析步驟 施加邊界條件和求解 求解 通常采用一個載荷步 2 30 模態(tài)分析步驟觀察結(jié)果 建模選擇分析類型和選項施加邊界條件并求解進(jìn)入通用后處理器POST1 觀察結(jié)果列出各自然頻率觀察振型觀察模態(tài)應(yīng)力 2 31 模態(tài)分析步驟 觀察結(jié)果 列出自然頻率 在通用后處理器菜單中選擇 ResultsSummary 注意 每一個模態(tài)都保存在單獨的子步中 2 32 模態(tài)分析步驟 觀察結(jié)果 觀察模態(tài)形狀 首先采用 FirstSet NextSet 或 ByLoadStep 獲取所需模態(tài)然后繪制模態(tài)變形圖 GeneralPostproc PlotResults DeformedShape 注意圖例中給出了模態(tài)序號 SUB 和頻率 FREQ 2 33 模態(tài)分析步驟 觀察結(jié)果 觀察模態(tài)形狀 接上頁 可以用動畫模擬模態(tài)形狀 UtilityMenu PlotCtrls Animate ModeShape 2 34 模態(tài)分析步驟 觀察結(jié)果 模態(tài)應(yīng)力 如果在選擇分析選項時激活了單元應(yīng)力計算選項 則可以得到模態(tài)應(yīng)力應(yīng)力值沒有實際意義 但是它們可以反映影響區(qū)域如果振型是相