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1、5-1Workbench - Mechanical Introduction第五章第五章模态分析模态分析Vibration Analysis5-2Training Manual简介简介在这一章中，将介绍模态分析。进行模态分析类似线性静力分析。在这一章中，将介绍模态分析。进行模态分析类似线性静力分析。 假设用户已学习了第假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。章线性静力结构分析部分。 本章内容本章内容:模态分析步骤模态分析步骤有预应力的模态分析步骤有预应力的模态分析步骤本节所述的功能，一般适用于本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许及以上版本的
2、许可。可。 Vibration Analysis5-3Training Manual模态系统分析基础模态系统分析基础对于模态分析，振动频率对于模态分析，振动频率w wi和模态和模态f fi 是根据下面的方程计算的出的：是根据下面的方程计算的出的： 假设假设:K 和和 M 不变不变:假设材料特性为线弹性的假设材料特性为线弹性的 利用小位移理论，并且不包括非线性的利用小位移理论，并且不包括非线性的 不存在不存在C ,因此无阻尼因此无阻尼 无无F , 因此无激振力因此无激振力 结构可以强迫振动也可以不强迫振动结构可以强迫振动也可以不强迫振动 模态模态 f f 是相对值，不是绝对值是相对值，不是绝对值
3、 Vibration Analysis5-4Training ManualA.模态系统分析步骤模态系统分析步骤 模态分析与线性静态分析的过程非常相似，模态分析与线性静态分析的过程非常相似，因此因此不对不对所有的步骤所有的步骤做做详细介绍。详细介绍。用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。 附加几何模型附加几何模型设置材料属性设置材料属性定义接触区域定义接触区域 (如果有的话如果有的话)定义网格控制定义网格控制 (可选择可选择)定义分析类型定义分析类型加支撑加支撑 (如果有的话如果有的话)求解频率测试结果求解频率测试结果设置频率测试选项设置频率测试选项 求解求解查
4、看结果查看结果Vibration Analysis5-5Training Manual几何体和质点几何体和质点模态分析支持各种几何体：模态分析支持各种几何体： 实体实体, 表面体表面体 和线体和线体可以使用质量点可以使用质量点:质点在模态分析中只有质量（无硬度）。质点在模态分析中只有质量（无硬度）。质量点的存在会降低结构自由振动的频率。质量点的存在会降低结构自由振动的频率。 材料属性材料属性: 杨氏模量杨氏模量,泊松比泊松比, 和和 密度是必需的。密度是必需的。Vibration Analysis5-6Training Manual 接触区域接触区域模态分析，可能存在接触。然而，由于模态分析是
5、纯粹的线性分析，所以，所采模态分析，可能存在接触。然而，由于模态分析是纯粹的线性分析，所以，所采用的接触不同于非线性分析中的接触类型，具体如下表所示：用的接触不同于非线性分析中的接触类型，具体如下表所示： 接触模态分析：接触模态分析： 粗糙接触和摩擦接触：粗糙接触和摩擦接触：将在内部表现为黏结或不分离将在内部表现为黏结或不分离如果有间隙存在，非线性接触行为将是自由无约束的（例如，如果有间隙存在，非线性接触行为将是自由无约束的（例如， 接触不存在）接触不存在） 绑定和不分离的接触情形将取决于绑定和不分离的接触情形将取决于pinball区域的大小。区域的大小。 Vibration Analysis
6、5-7Training Manual 分析类型分析类型从从Workbench的工具栏中选择的工具栏中选择“Modal”指定模型的分析类型。指定模型的分析类型。 在在 Analysis Settings中中:提取的模态阶数：提取的模态阶数：1到到200（默认的是（默认的是6）。）。指定频率变化的范围（默认的是指定频率变化的范围（默认的是0到到1e+08Hz）。）。Vibration Analysis5-8Training Manual 载荷和约束载荷和约束结构和热载荷无法在模态中存在。结构和热载荷无法在模态中存在。 约束约束:假如没有或者只存在部分的约束假如没有或者只存在部分的约束, 刚体模态将
7、被检测刚体模态将被检测. 这些模态将处于这些模态将处于0HZ附近附近. 与与静态结构分析不同静态结构分析不同, 模态分析并不要求禁止刚体运动模态分析并不要求禁止刚体运动.边界条件对于模态分析来说，是很重要的。因为他们能影响零件的振型和固有频率边界条件对于模态分析来说，是很重要的。因为他们能影响零件的振型和固有频率. 因此需要仔细考虑模型是如何被约束的因此需要仔细考虑模型是如何被约束的.压缩约束是非线性的，因此在此分析中不被使用压缩约束是非线性的，因此在此分析中不被使用.Vibration Analysis5-9Training Manual 求解求解求解模型求解模型 (没有要求的结果没有要求的
8、结果).求解结束后，求解分支会显示一个图标，显示频率和模态阶数求解结束后，求解分支会显示一个图标，显示频率和模态阶数.可以从图表或者图形中选择需要振型或者全部振型进行显示可以从图表或者图形中选择需要振型或者全部振型进行显示.嵌入嵌入“Total Deformation”结果中需要求解模态。结果中需要求解模态。 Vibration Analysis5-10Training Manual 检查结果检查结果模态模态:由于在结构上没有激励作用，因此振型只是与自由振动相关的相对值。由于在结构上没有激励作用，因此振型只是与自由振动相关的相对值。在详细列表里可以看到每个结果的频率值在详细列表里可以看到每个结
9、果的频率值.应用图形窗口下方的时间标签的动画工具栏来查看振型应用图形窗口下方的时间标签的动画工具栏来查看振型Vibration Analysis5-11Training ManualC. 有预应力的模态有预应力的模态在某些情况下，在执行模态分析时可能需要考虑预应力影响。在某些情况下，在执行模态分析时可能需要考虑预应力影响。 处于不变载荷作用的应力作用下的结构可能会影响固有频率，例如吉他调弦。处于不变载荷作用的应力作用下的结构可能会影响固有频率，例如吉他调弦。 进行线性静力分析进行线性静力分析 应力刚度矩阵用于计算结应力刚度矩阵用于计算结构分析构分析原来的模态方程被修改为包括原来的模态方程被修改
10、为包括S 阵阵Vibration Analysis5-12Training Manual没有没有/有预应力作用的例子有预应力作用的例子 在项目图表里建立一个静力结构分析与模态分析相结合的并有预应力存在在项目图表里建立一个静力结构分析与模态分析相结合的并有预应力存在的分析模型。的分析模型。 注意在模型分支里，结构分析结果变成开始状态注意在模型分支里，结构分析结果变成开始状态的。的。 Vibration Analysis5-13Training Manual没有没有/有预应力作用的例子有预应力作用的例子 对一边固支的薄板的结构，简单对比一下两种分析对一边固支的薄板的结构，简单对比一下两种分析 进行两个分析，对比模态和有预应力的模态分析的不同。进行两个分析，对比模态和有预应力的模态分析的不同。 模态分析模态分析有预应力的模态分析有预应力的模态分析Vibration Analysis5-14Training Manual没有没有/有预应力作用的例子有预应力作用的例子 在这个例子中，提供了在有外力存在的拉伸状态下增加固有频率的方法。在这个例子中，提供了在有外力存在的拉伸状态下增加固有频率的方法。 模态模态第一模态频率第一模态频率: 83.587 Hz有预应力的模态有预应力的模态第一模态频率第一模态频率: 99.679 Hz
