模态分析过程.docx

模态分析过程由四个主要步骤组成：1.建模；2. 加载及求解；3. 扩展模态；4. 观察结果 下面分别展开进行详细讨论：§1.6 建模主要完成下列工作：首先指定工作名和分析标题，然后在前处理器（PREP7）中定 义单元类型、单元实常数、材料性质以及几何模型°ANSYS的《建模和网格指南》中对 这些工作有更详细的说明 注意以下两点：•在模态分析中只有线性行为是有效的如果指定了非线性单元，它们将被当作是线 性的例如，如果分析中包含了接触单元，则系统取其初始状态的刚度值并且不再改变 此刚度值•材料性质可以是线性的，各向同性的或正交各向异性的，恒定的或和温度相关的在 模态分析 中必须指定杨氏模量EX （或某种形式的刚度）和密度DENS （或某种形式的 质量）而非线性特性将被忽略§1.7 加载及求解主要完成下列工作：首先定义分析类型、指定分析设置、定义载荷和边界条件和指 定加载过程设置，然后进行固有频率的有限元求解在得到初始解后，再对模态进行扩 展，以供查看扩展模态将在 下一节“扩展模态”中进行详细说明§1.7・1进入ANSYS求解器命令： /SOLUGUI： Main Menu>Solution§1.7.2指定分析类型和分析选项ANSYS提供的用于模态分析的选项如下表所示，表中的每一个选项都将在随后详细解 释。

分析类型和分析选项选项命令 GUI 选择途径New Analysis ANTYPE Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analys isAnalysis Type: Modal ANTYPE Main Menu>Solution>-Analysis Type-Ne w Analysis >ModalMode Extraction Method MODOPT Main Menu>Solution>Analysis Option sNumber of Modes to Extract MODOPT Main Menu>Solution>Analysis OptionsNo. Of Modes to Expand MXPAND Main Menu>Solution>Analysis Op tionsMass Matrix Formulation LUMPM Main Menu>Solution>Analysis Options Prestress Effects Calculation PSTRES Main Menu>Solution>Analysis Op tions注意选择模态分析时，求解菜单将显示与模态分析相关的菜单项。

求解菜单有两种 可能的状态 简洁式（abridged ）"或者 展开式（unabridged ）"，它总是与上一个 ANSYS 任务是的状态相同简洁式菜单仅仅包括模态分析有用的或建议的求解设置当 显示的是简洁式求解菜单，如果想访问其他求解设置（ 即，要用到的有效求解设置，但该 分析类型又不会遇到） ，就从求界菜单中选择展开式菜单项展开求解设置项详情参见《 ANSYS 基本分析指南 》使用展开式求解菜单注意在单点响应谱分析（SPOPT,SPRS ）和动力学设计分析方法（SPOPTQDA M ）中，模态扩展可以放在谱分析之后按MXPAND命令设置的重要性因子SIGNIF值 有选择地进行如果准备在谱分析之后进行模态扩展，请在模态分析选项（MODOPT） 对话框中的设置模态扩展的选项（MXPAND ）处选NO§1.7.2・1 选项：New Analysis：选择新分析注意 — 在模态分析中 Restart （重启动）是无效的如果需要施加不同的边界条 件,则须做一次新的分析或采用vvANSYS基本分析过程指南>> 的第3章中描述的P artial Solution （部分求解）方法§1.7.2.2选项：分析类型： Modal[ANTYPE]指定分析类型为模态分析。

§1.7.2.3 选项： Modal Extraction Method[MODOPT]指定提取模态的方法，选择7种提取方法中的一种对于大多数应用，选用分块La nczos法、子空间法、PowerDynamics法或缩减法非对称法、阻尼法和QR阻尼法适 于特殊应用一旦选用某种模态提取方法，ANSYS程序自动选择对应的求解器 注意 — 非对称法、阻尼法和 QR 阻尼法在 ANSYS/Professional 产品中无效 §1.7.2.4 选项： Number of Modes to Extract[MODOPT]除缩减法以外其他模态提取方法该选项都是必须设置的对于非对称法和阻尼法， 应该应当提取比必要的阶数更多的模态以降低丢失模态的可能性，但需要花费更长的求 解时间§1.7.2.5 选项： Number of Modes to Expand[MXPAND]该选项只在采用缩减法、非对称法和阻尼法时要求设置如果想得到单元求解结果， 则不论采用何种模态提取方法都需要打开Calcucate elem results"项在用单点响应 谱分析（SPOPT,SPRS）和动力学设计分析方法（SPOPTQDAM ）中，模态扩展可能 要放在谱分析之后按命令MXPAND设置的重要性因子SIGNIF数值有选择地进行。

如果 要在谱分析后才进行模态扩展，则在模态分析选项（MODOPT）对话框的模态扩展（EX PAND）选项处选NO§1.7.2.6 选项： Mass Matrix Formulation[LUMPM]该选项用于指定质量矩阵计算方式：缺省的质量矩阵（和单元类型有关，也称为一 致质量矩阵）和集中质量阵我们建议在大多数应用中采用缺省一致质量矩阵但对有 些包含 薄膜"结构的问题，如细长梁或非常薄的壳，采用集中质量矩阵近似经常可产生较 好的结果另外，用集中质量阵时求解时间短，需要的内存少§1.7.2.7选项： Prestress Effects Calculation[PSTRES]该选项用于确定是否考虑预应力对结构振型的影响缺省分析过程不包括预应力效 应，即结构是处于无应力状态在分析中希望包含预应力的影响，则必须首先进行静力 学或瞬态分析生成单元文件，参见 有预应力模态分析"如果预应力效果选项是打开的， 同时要求当前及随后的求解过程中质量矩阵[LUMPM]的设置应和静力分析中质量矩阵的 设置必须一致注意在有预应力的周期对称单元如PLANE25和SHELL61上只可以加轴对称载荷§1.7.2.8其它模态分析选项完成了模态分析选项（Modal Analysis Option ）对话框中的选择后，单击OK, 接着弹出一个对应于于指定的模态提取方法的选项对话框，是以下选择域的组合： -域：FREQB , FREQE 指定感兴趣的模态频率范围。

FREQB域指定第一频移点（低频）一特征值收敛最快的点在大多数情况下不需要设置 这个域，其缺省值为-1 域: PRMODE 输出的缩减模态数设置此选项后，在输出文件（Jobname.out）中会列出所设置数目的缩减振型该选项只 对缩减法有效一 域: Nrmkey关于振型归一化的设置有两种选择：相对于质量矩阵M］和单位化［I］如果在模态 分析后进行谱分析或模态叠加法分析，则应该选择相对于质量阵［M］进行归一化处理为 了在随后得到各阶模态的最大响应（模态响应），须用模态系数去乘振型实现的方法 是用*GET命令（在谱分析完成后）查到模态系数并在SET命令中将模态系数用做比例 因子域：RIGID设置提取对已知有刚体运动结构进行子空间迭代分析时的零频振型只适用于Subspac e 和 PowerDynamics 法 域: SUBOPT指定多种子空间迭代选项详细情况参^vANSYS命令参考手册>>只适用于Subspa ce 和 PowerDynamics 法域：CEkey指定处理约束方程的方法可选用的方法：Direct elimination method （直接消 去法）、Lagrange multiplier（quick）method （快速拉格朗日乘子法）、Lagrange mul tiplier（accurate）method （精确拉格朗日乘子法）。

该选项只适用于分块Lanczos法参 见“循环对称结构的模态分析”部分的表8“CE处理法”§1.7.3定义主自由度在模态分析中，有时需要指定主自由度，并且只适用于缩减法主自由度（M自由 度（DOF））指能描述结构动力学特性的重要的”自由度主自由度（DOF）选取的规则 是选择至少是感兴趣的模态阶数的一倍数目的主自由度（DOF）建议用命令［M,MGEN］ 根据对结构的动力学特牲的了解定义尽可能多的M自由度（DOF），并用命令［TOTAL］ 让程序按照刚度/质量比选取一些附加的主自由度用命令［MLIST冋以列出已定义的M 自由度（DOF），用命令［MDELE冋以删除无关的M自由度（DOF）关于主自由度的 更详细内容参见“矩阵缩减”部分命令： MGUI： Main Menu>Solution>Master DOFs>-User Selected-Define §1.7.4在模型上加载荷在典型的模态分析中唯一有效的“载荷”是零位移约束如果在某个自由度（DOF） 处指定了一个非零位移约束，程序将以零位移约束替代在该自由度（DOF）处的设置） 可以施加除位移约束之外的其它载荷，但它们将被忽略（见下面的说明）。

在未加约束 的方向上，程序将解算刚体运动（零频）以及高阶（非零频）自由体模态下表给出了施加位移约束的命令载荷可以加在实体模型（点、线、面）上或加在有限元模型（点 和单元）上参见vvANSYS基本分析过程指南>>第2章关于实体模型加载一有限元加 载的比较的探讨注意一其它类型的载荷一力，压力，温度，加速度等-可以在模态分析中指定，但 在模态提取时将被忽略程序会计算出相应于所加载荷的载荷向量，并将这些向量写到 振型文件Jobname.MODE中以便在模态叠加法谐响应分析或瞬态分析中使用 模态分析中可施加的载荷载荷形式 类别 命令 GUI 途径Displacement（UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ） 约束 D Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Struct ural-Displacement 在分析过程中，可以施加、删除载荷或进行载荷列表、载荷间运算§1.7.4.1用命令加载 下表列出了在模态分析中可以用来加载的命令模态分析中的加载命令Displacement 实体模型 实体模型 线 DL 实体模型 面 DA FE 模型 节点 D载荷形式 实体或 FE 模型 图素 施加 删除 列表 运算 加载 设置关键点 DK DKDELE DKLIST DTRANDLDELE DLLIST DTRAN —DADELE DALIST DTRAN —DDELE DLIST DSCALE DSYM,DCUM §1.7.4・2利用GUI施加载荷所有的载荷操作（除了列表）均可通过一系列的下拉菜单选取。

在求解菜单中选取 载荷操作类型（Apply、Delete等），然后选载荷类型（Displacement、Force等），最 后选取将施加载荷的对象（keypoint、line、node等）比如要在一条线上施加位移载荷，则可按如下GUI途径实现：GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>On Lines§1.7.4.3。