ANSYS动力学分析指南 模态分析 No Of Modes to Expand MXPAND Main Menu> Solution> Analysis Option Mass matrix Formulation LUMPM Main Menu> Solution>Analysis Options Prestress Effects Calculation PSTRES Main Menu> Solution>Analysis Options 注意一选择摸态分折时,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在务是的状态相同。 简洁式橥茔仅仅包括模态分析有用的或建议的求解设置。当显示的是,洁式求解菜单,如果想访间 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基本分折指南》使用展开式求解菜单。 注意一在单点响应谱分析( SPOT,SPRS)和动力学设计分折方法( SPOPT,DDAM)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SGNF值有选择地进行如果准备在谱 分析之后进行模态力展,请在模态分析选项 MODOPT利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。 注意一在模态分析中 Restart(重启动)是无数的。如果需要施加不同的边界条件,则须做一次新 的分析或果用<< ANSYS基本分析过程指南>的第3章中描述的 Partial 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 Lanczos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。 注意一非对称法、阻尼法和QR阻尼法在ANSS/ 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[ MXPAN] 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( SPOPT,DDAM)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( EXPAND)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 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 第8页
ANSYS动力学分析指南 模态分析 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。 注意一在有预应力的周期对称单元如PANE25和 SHELL61上只可以加轴对称载荷。 §1.72.8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。 t: 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 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]和单位化田。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:RGⅠD 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 Powerl 法 域: SUBOPT 指定多种子空间迭代选项。详细情况参见<< ANSYS命令参考手册>>。只适用于 Subspace和 法 域:CEk 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 multiplier( 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 第9页
ANSYS动力学分析指南 模态分析 的模态阶数的一倍数日的主自由度(DOF)。建议用命令[ MMGEN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可以列出已定义的M自由度(DOF),用命令[ MDELE可以删除无关的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: GUI: Main Menu Solution>Master DOFs>-User Selected-Define §1.74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 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<< ANSYS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,加速度等一可以在模态升析中指定,但在模态提取时 将赦忽赂。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解态升析中使用。 模态分析中可施加的载荷 载荷形式 类别命令 GUI途径 约束 Main Menu>Solutio>-Loads-Apply>-Structural-Displacement UZ, ROTX, ROTY, ROTZ) 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 载荷形式实体或FE模型图素施加删除列表运算加载设置 实体模型关键点 DK DKDELE DKLISTDTRAN 实体模型 线 DL DLDELE DLLIST DTRAN 实体模型 DA DADELE DALIST DTRAN H模型节点D1 DDELE DLIST DSCALE DSYMDCUM §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(Aply、 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 第10页
ANSYS动力学分析指南 模态分析 §1.74.3载荷列表 可按如下GUI途径列表显示施加的载荷 GUI: Utility Menu>ListLoads>load type §1.7.5指定载荷步选项 模态分析中唯一可用的载荷步选项是阻尼选项,如下表所示。 载荷步选项 命 GUI途径 阻尼(动力学)选项 A|phA(质量)阻尼 ALPHA Main Menu>Solution>-Load Step Opts.Time/Frequenc>Damping Beta(刚度)阻尼| BETAD| Main menut> solution> Load Step Opts- Time/Frequenc> Damping 恒定阻尼比 DMPRAT Main Menu> Solution> Load Step Opts-Time/ Frequenc> Damping 材料阻尼比 MP, DAMP Main Menu>Solution>- Load Step Opts-Other> Change Mat Props>-Temp Dependent-Polynomial 阻尼只在有阻尼的模态提取法中使用,在其它模态提取法中阻尼将被忽略。如果模态分析存在 阻尼并指定阻尼模态提取方法,那么计算出的特征值将是复数解。详细内容参见“模态提取法”介 绍,同时请参阅“瞬态动力学分析”中关于阻尼的介绍 注意一如果在模态分析后将进行单点响应谱分折则在这样的无阻尼模态分析中可以指定阻尼 虽然阻尼并不影响特征值解,但它将用于计算每个模态的有效阻尼比,此阻尼比将用于计算谱产 生的响应。参见“谱分析”中的讨论 §1.7.6参与系数表输出 参与系数表列表显示提取的每个模态的参与系数、模态系数和质量分布百分数。在总体直角坐 标系三个轴向和转动方向上,均假定施加单位位移谱激励,就计算出参与系数和模态系数。同时, 列表显示缩减质量分布。当使用实特征值模取方法(如子空间法、分块 Lanczos法或QR阻尼法) 进行模态分析时,将计算转动参与系数。 注意一你可以执护GET命令获取一个参与系数或模态系数。参与系数或摸态系数适用于在最后 应用的坐标系(3一D分析绕Z轴旋转)方向上定义的激励(假定为单位位移谱)。为了获取其他方 向上的参与系数或摸态系数,在指定方向上(SED)定义激励谱,执行谱分析,然后热护GET命 令获取一个参与系数或模态系数。 §1.7.7求解 将数据库备份到文件中。这样便可在重新进入 ANSYS后用命令 RESUME来恢复以前建的模型 开始求解计算 命令: SOLVE GUI: Main Menu> Solution>-Solve-Current LS 第11页
ANSYS动力学分析指南 模态分析 §1.7.7.1输出 求解输出内容主要是固有频率,固有频率被写到输出文件 Jobname·OUT'及振型文件 Jobname MODE中。输出内容中也可以包含缩减的振型和参与系数表,这取决于对分析选项和输出 控制的设置。由于振型现在还没有被写到数据库或结果文件中,因此还不能对结果进行后处理。要 进行后处理,则还需对模态进行扩展(后面将进行解释)。 §1.7.7.2子空间( Subspace)模态提取法的输出 如果采用子空间模态提取法,那么在输出内容中可能会看到这样的警告:“ STURM number=n should be n”,n和m是整数,表示某阶模态被漏掉了,或者第m阶和第n阶模态的频率相同而要 求输出的只有第m阶模态 你可以用下面的两个方法来检査被漏掉的模态:使用更多的迭代向量和改变特征值提取法的漂 移点数值。下面简要阐述这两种方法(详细内容参见<< ANSYS理论参考手册>)。 方法1:使用更多的迭代向量 为了使用更多的迭代向量,可以执行命令 SUBOPT,NPAD。GUI方式则按下列步骤进行 1.选择菜单路径 Main menu> Solution> Analysis Options,弹出 Modal Analysis对话框; 2.。选择 SUBSPACE提取法,指定提取的模态数目,然后单击OK按钮,弹出 Subspace Modal Analysis对话框; 3.改变NPAD域的数值,然后单击OK按钮 方法2:改变特征值提取法的漂移点数值 为了改变特征值提取法的漂移点数值,可以执行命令 MODOPT, FREQB。GUI方式则按下列步 骤进行: 1.选择菜单路径 Main menu> Solution> Analysis Options,弹出 Modal Analysis对话框 2.选择 SUBSPACE提取法,指定提取的模态数目,然后单击OK按钮,弹出 Subspace Modal Analysis对话框: 3.改变 FREQB域的数值,然后单击OK按钮。 如果采用的是阻尼模态提取法,求得的特征值和特征向量都是复数。特征值的虚部代表固有频 率,实部是系统稳定性的量度。如果采用的是QR阻尼模态提取法,求得的特征值是复数。但是, 求得的实特征向量用于模态叠加法 §1.7.8退出求解器 现在必须退出求解器 命令: FINISH GUI:关闭 Solution菜单 §1.8扩展模态 从严格意义上讲,“扩展”这个词意味着将缩减解扩展到完整的自由度集上。“缩减解”常用主 自由度表达。而在模态分析中,我们用“扩展”这个词指将振型写入结果文件。也就是说,“扩展模 态”不仅适用于缩减模态提取方法得到的缩减振型,而且也适用于其它模态提取方法得到的完整振 型。因此,如果想在后处理器中察看振型,必须先扩展之(也就是将振型写入结果文件 谱分析中同样要求进行模态扩展。在单点响应谱分析( SPOPT,SPRS)和动力学设计分析方法 第12页