模态分析(modal)

模态分析（modal）1.概述（ModalandModal(SAMCEF)）模态分析可以得到结构或者是机器组件的振动特性，包括固有频率和相应的振型。模态分析可以为其他的分析类型的服务，比如对于一个接触分析，它可以检测结构在无约束的情况下的振动特性（自由模态分析），从而作为接触分析的参照。除此之外，模态分析作为后续动力学分析的基础，比如谐响应分析，谱分析，随机振动分析。模态分析得到的结果（固有频率和振型）是在动载荷的作用下，结构设计的重要参数。YouwillconfigureyourmodalanalysisintheMechanicalapplication,whichuseseithertheANSYSortheSAMCEFsolver,dependingonwhichsystemyouselected,tocomputethesolution.你将在Mechanicalapplication中完成模态分析过程，你可以选择ANSYS或者SAMCEF的求解器计算你的分析结果，取决于你所选择的系统。Youcanalsoperformamodalanalysisonaprestressedstructure,suchasaspinningturbineblade.Prestressedmodalanalysisrequiresperformingastaticstructuralanalysisfirst.你也可以在存在预应力的情况下进行模态分析，比如说旋转的涡轮叶片。但是，在这之前，需要对结构进行静力学分析。Ifthereisdampinginthestructureormachinecomponent,thesystembecomesadampedmodalanalysis.Foradampedmodalsystem,thenaturalfrequenciesandmodeshapesbecomecomplex.如果结构或者机器组件中存在阻尼，系统就变成阻尼模态分析，对于阻尼模态分析，固有频率和振型变得更加复杂。Forarotatingstructureormachinecomponent,thegyroscopiceffectsresultingfromrotationalvelocitiesareintroducedintothemodalsystem.Theseeffectsinturnchangethesystem’sdamping.Sucheffectsarecommonlyencounteredinrotordynamicanalysis.ThechangesinEigencharacteristicsatdifferentrotationalvelocitycanbestudiedwiththeaidofCampbellDiagramChartResults.模态分析定义.doc对于旋转结构或者机器组件，由于回转角速度造成的陀螺效应被牵扯到模态系统中，这种效应反过来改变了系统的阻尼。这种情形在rotordynamicanalysis中会经常遇到。在不同的回转角速度下对结构的固有特性造成的改变可以参照CampbellDiagramChartResults的帮助。模态分析的创建过程和其他分析类型一致，在此不再赘述。注意：TheRotationalVelocityloadisnotavailableinModalAnalysiswhentheanalysisislinkedtoaStaticstructuralanalysis.当牵涉到静力学分析时，模态分析中不可再施加回转角速度载荷。2.开始模态分析（所有在mechanical中的分析，其分析过程相似）2.1创建分析系统（CreateAnalysisSystem）在toolbox中双击（或拖拽）Modal或者Modal(Samcef)即可创建，如下图所示：2.2定义材料参数（DefineEngineeringData）注意：Duetothenatureofmodalanalysesanynonlinearitiesinmaterialbehaviorareignored.由于模态分析的特点所致，任何非线性材料是被忽略的。就是说，人为规定的材料的非线性参数将不起作用。orthotropicandtemperature-dependentmaterialpropertiesmaybeused.Thecriticalrequirementistodefinestiffnessaswellasmassinsomeform在一些情况下，orthotropicandtemperature-dependent材料数据将会被使用到。在某些情况下，质量和硬度也是基本的材料数据。Stiffnessmaybespecifiedusingisotropicandorthotropicelasticmaterialmodels，Massmayderivefrommaterialdensity硬度可以由材料的其他的材料数据定义，质量可以由材料的密度继承。Hyperelasticmaterialsaresupportedforpre-stressmodalanalyses.Theyarenotsupportedforstandalonemodalanalyses.超弹性材料可以在存在预紧力的模态分析当中，不能支持在单独的模态分析中使用。2.3附加几何体（AttachGeometry）几何体可以由外部导入或者直接在Geometry中建模。几何体定义的详细信息见附件：When2Dgeometryisused,onlythe2DaxisymmetricbehaviorisavailableforSamcefsolvers.当使用2维几何模型时，在Samcef求解器中，只允许是轴对称结构。2.4定义零部件特性状态（DefinePartBehavior）进入到mechanical界面后，可定义零部件行为，AnAnalysisSettingsobjectisaddedtothetree分析系统设置（AnalysisSettingsobject）项目被加入到分析树中。AnInitialConditionobjectmayalsobeadded初始条件（InitialCondition）项目也可能被加入到分析树中了。如果没有，该怎么加入到项目中？TheMechanicalapplicationusesthespecificanalysissystemasabasisforfilteringormakingavailableonlycomponentssuchasloads,supportsandresultsthatarecompatiblewiththeanalysis.Forexample,aStaticStructuralanalysistypewillallowonlystructuralloadsandresultstobeavailable.Mechanical将分析系统的类型作为一种过滤的条件，使得在Mechanical界面里面只允许定义符合该分析类型的相关组成部分的参数，如载荷，约束和结果。比如在静力学分析中，只允许结构载荷和结果显示。零部件可定义的特性如下：2.4.1刚度特性（StiffnessBehavior）Inadditiontomakingchangestothematerialpropertiesofapart,youmaydesignateapart'sStiffnessBehaviorasbeingflexible,rigid,orasagasket.除了改变零部件的材料特性，你应该指定它的刚度特性，弹性的，刚性的，垫圈的？各特性之间的区别：特性特点备注弹性的刚性的求解简单，占用的系统资源少Arigidbodywillnotdeformduringthesolution在求解过程中，刚性的属性使得零部件不会产生变形。FlexibleisthedefaultStiffnessBehavior.Tochange,simplyselectRigidorGasketfromtheStiffnessBehaviordrop-downmenu.弹性特的是默认的特性。如果需要改变，操作如下图所示：选择位于Geometry下的对象：在该对象的details窗口中操作如下：Note:RigidbehaviorisnotavailablefortheSAMCEFsolver.注意：刚性特性在SAMCEF中不可用。2.4.2坐标系统（CoordinateSystems）TheCoordinateSystemsobjectanditschildobject,GlobalCoordinateSystem,isautomaticallyplacedinthetreewithadefaultlocationof0,0,0,whenamodelisimported.坐标系统及其子系统，（全球坐标系）主坐标系在模型输入的时候自动产生，它的坐标是（0，0，0）。Forsolidpartsandbodies:bydefault,apartandanyassociatedbodiesusetheGlobalCoordinateSystem.Ifdesired,youcanapplyaapplyalocalcoordinatesystemtothepartorbody.WhenalocalcoordinatesystemisassignedtoaPart,bydefault,thebodiesalsoassumethiscoordinatesystembutyoumaymodifythesystemonthebodiesindividuallyasdesired.对于三维部件和体结构：默认使用主坐标系。如果有特殊要求，你也可以单击创建一个当地坐标系。当一个当地坐标系创建之后，体结构任然默认？？？？？Forsurfacebodies,solidshellbodies,andlinebodies:bydefault,thesetypesofgeometriesgeneratecoordinatessystemsonaperelementtypebasis.Itisnecessaryforyoutocreatealocalcoordinatesystemandassociateditwiththepartsand/orbodiesusingtheCoordinateSystemsettingintheDetailsviewforthepart/bodyifyouwishtoorientthoseelementsinaspecificdirection.对于平面、壳体和线体：这些类型的几何元素将基于各自的类型创建一个坐标系。因此，当你需要确定这些元素的方向时，有必要建立一个与该元素相联系的当地坐标系。创建方法如下：创建新的坐标系.gif创建当地坐标系的详细信息见附件（localcoordinatesystem）创建当地坐标系（localcoordinatesystem）.docx2.4.3定义关系（接触等）（DefineConnections）Onceyouhaveaddressedthematerialpropertiesandpartbehaviorofyourmodel,youmayneedtoapplyconnectionstothebodiesinthemodelsothattheyareconnectedasaunitinsustainingtheappliedloadsforanalysis.Availableconnectionfeaturesare:在确定了材料的特性和零部件特性之后，你需要确定模型中各个部分之间的关系，以至于在施加载荷时它们作为一个整体参与分析过程。可用的关系类型如下：（1）接