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模态分析 本节内容如下: 模态分析流程 预应力模态分析流程 模态分析基础 模态分析、或自由振动分析，是用来获得一个结构的固有频率和固有振型 除了固有频率, 模态分析不考虑动态载荷下的结构响应. 在解决更为复杂的动态问题之前，通常第一步先进行模态分析. 一个模态分析是通用运动方程的一个子集: 模态分析基础 在模态分析中，结构假设为线性的: 上式中 fi 是指振型 (特征向量) wi 是振型i的固有圆周频率. 通过取代线性方程中的值，可以得到如下方程: 注意到 解 fi =0 是没有价值的, wi 需要被求解: 模态分析基础 对于一个模态分析, 固有圆周频率 wi 和 振型 fi 都能从矩阵方程式里得到:在某些假设条件下的结果与分析相关: [K] 和 [M] 是常量: 假设为线弹性材料特性 使用小挠度理论, 不包含非线性特性 [C] 不存在, 因此不包含阻尼 {F} 不存在, 因此假设结构没有激励 根据物理方程 , 结构可能不受约束(rigid-body modes present) ，或者部分/完全的被约束住 记住这些在Design Simulation中进行模态分析的假设是非常重要的. 模态分析过程 模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似 建模 设定材料属性 定义接触对 (假如存在) 划分网格 (可选择) 施加载荷 (假如存在的话) 选择Modal 分析类型 设置Modal 选项 求解 查看结果 接触域 在模态分析中，接触对是可能出现的. 但是，由于模态分析是纯粹的线性分析，所以接触对不同于非线性分析中的接触类型, 如下所示: 在模态分析中定义接触需要注意以下两个方面的内容: 两个非线性的接触行为 – 粗糙的和无摩擦的– 都将表现为线性接触行为, 因此它们会转化为绑定或者无分离接触方式来替代并产生作用. 假如有间隙存在, 非线性的接触行为将是自由无约束的(也就是说, 好像是没有接触一样). 绑定的和无分离的接触将取决于pinball 区域的大小. pinball 区域由缺省值自动产生 载荷和约束 在模态分析中，不能使用结构和热载荷 关于预应力模态分析的内容，参见本节后面的部分. 在这种情况下，只是为了体现预应力效果，载荷才被考虑. 在模态分析中可以使用各种约束: 假如没有或者只存在部分的约束, 刚体模态将能被检测和获得测评. 这些模态将处于0位置或者0HZ附近. 与静态结构分析不同, 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。因为他们能影响部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. 压缩约束是非线性的，因此在此分析中将不能被使用. 如果存在的话, 压缩约束通常会表现出与无摩擦约束相似. 求解设置 Solution 分支提供了将要进行的某种分析的细节选项 对于模态分析，并不是Details view of the Solution 分支中的所有选项都需要改变. 在大多数情况下, “Solver Type” 应该保持“Program Controlled” 的默认选项. 假如模型是由一种很大的实体单元构成的, 并且仅仅需要求解不多的振型时, 那么把求解器类型（Solver Type）设置为迭代求解器（Iterative）可能会更有效些. 对于每一种模态分析的“分析类型（Analysis Type）” 将显示为“自由振动（Free Vibration）” . 预应力模态分析 在某些情况下，进行模态分析时，需要考虑预应力效果. 在一个静态载荷(static) 的作用下, 结构的应力状态可能影响到它的固有频率. 这一点是非常重要的，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结构. 现在，考虑一个吉它弦被调节的情况 – 当轴向载荷增加(拉紧)的时候, 横向频率也随之相应的增加. 这是一个应力硬化的例子. 预应力模态分析 求解预应力模态分析的过程，需要自动执行两个迭代过程: 最初线性静态分析首先将被执行: 基于静态分析的应力状态, 应力硬化矩阵[S] 的影响将被考虑: 然后求解预应力模态分析, 包括[S] 项 预应力模态分析例题 对一个一边固支的薄板的结构，简单对比一下以下两种分析 分别进行两种分析:比较一下两者之间的区别 自由振动分析 带预紧力的自由振动分析 预应力模态分析例题 在这个例子中, 随着施加的载荷,产生拉应力, 因此固有频率相应的增大, 如下图所示 模态分析实例 目标: 研究两个发动机盖的振动特性（四孔的模型和五孔的模型）. ANSYS BASIC TRAINING DS模态分析介绍 Evaluation only. Created with Aspose.Slides