ansys在模态分析中的应用

模态分析技术作为结构动力学中的一种“逆问题”分析方法从$& 世纪S& 年代后期发展至今已经有& 多年的历史了。模态分析的经典性定义是：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。模态分析的理论基础是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的，机械阻抗的概念早在$& 世纪N& 年代就已经形成，经过几十年的发展其理论及方法已经较为完整。特别是近%& 余年来，模态分析理论吸取了有限元方法、结构动力学理论、信号分析、数据处理、数理统计及控制理论中的有关知识，并与/*1 技术结合起来，形成了一套独特的理论，为模态分析及参数辨识技术的发展奠定了理论基础。由于模态分析技术的迅猛发展，无论是理论基础还是实际应用都愈趋成熟。目前这一技术已经被广泛应用于实际工程中的振动问题，如航空、航天、机械、船舶、建筑、土木、水利、医药等。模态分析主要是研究结构或机器部件的振动特性，得到结构的固有频率和振型。振动现象是机械结构经常需要面对的问题之一，由于振动会造成结构的共振或疲劳从而破坏结构，所以必须了解结构的固有频率和振型，避免在实际工况中因共振因素造成结构的损坏，对复杂结构进行精确的模态分析将为评价现有结构的动态特性、诊断及预报结构系统的故障、新产品的动态性能的预估及优化设计提供科学的依据。在实际工程中动载荷)（#）主要分为以下几类 $：周期载荷：这类载荷随时间周期性变化，机器转动部分引起的载荷常属于这一类；冲击载荷：这类载荷在很短的时间内，载荷值急剧增大或急剧减小。各种爆炸载荷属于这一类；随机载荷：如果载荷在将来任一时刻的数值无法事先确定，则称为非确定性载荷，或称为随机载荷。地震载荷和风载荷是随机载荷的典型例子。的结构动力学分析中!（" ）包括四种：（)）模态分析：!（" ）* "；（+）谐响应分析：!（"）为周期载荷；（$）瞬态动力学分析：!（"）为冲击载荷；（,）谱分析：!（" ）为随机载荷。下面将运用%&( 对主轴箱进行模态分析，由于其结构阻尼较小，可忽略其对固有频率和振型的影响。%&( 的模态分析过程包括四个步骤：（)）建立模型：指定项目名称和分析标题，然后在前处理中定义单元类型、单元实常数、材料性质和模型几何性质；（+）加载及求解：定义分析类型和分析选项，施加载荷，进行固有频率的有限元计算，在模态分析中唯一有效的载荷是零位移约束；（$）扩展模态：将振型写入结果文件，只有扩展模态后才能在后处理中看到振型；（,）后处理：经过扩展模态后，模态分析的结果包括固有频率、扩展的模态振型、相对应力和力分布将被写入到结构分析结果文件中去。%&( 提供了1 种模态提取方法 ,：（)）子空间迭代法（;?）：用于求解特征值对称的大矩阵问题；（+）分块法（AB5?C D>/?E5-）：也可用于以上的问题求解，收敛速度更快；（$）25FG 8H/>I.? 法。用于非常大的模型（超过 )"" """ 个自由度），主要是用在求解结构的前几阶模态以了解模型特征的问题；（,）缩减法（JK;?K）：采用缩减的系统矩阵来求解，较子空间迭代法速度快，但准确性要差一些。使用缩减法时，必须仔细选择主自由度，主自由度选择的不当可能导致不正确的质量分布和不正确的特征值；（0）非对称矩阵法（L/-HII6G.? ）：用于求解模型生成的刚度矩阵、质量矩阵存在不对称的问题；（1）阻尼法：有些问题阻尼不能忽略，阻尼法允许在结构中包含阻尼因素。模态分析主要是研究结构或机器部件的振动特性，得到结构的固有频率和振型。