ANSYS模态分析实例

ANSYS模态分析教程及实例讲解

ANSYS是一款常用的有限元分析软件，可以用于执行结构分析、热分析、流体分析等多种工程分析。模态分析是其中的一项重要功能，用于计算和分析结构的固有振动特性，包括固有频率、振型和振动模态，可以帮助工程师了解和优化结构的动态响应。

以下是一份ANSYS模态分析教程及实例讲解，包含了基本步骤和常用命令，帮助读者快速上手模态分析。

1.创建模型：首先需要创建模型，在ANSYS界面中构建出待分析的结构模型，包括几何形状、材料属性和边界条件等。可以使用ANSYS的建模工具，也可以导入外部CAD模型。

2.网格划分：在模型创建完毕后，需要进行网格划分，将结构划分为小的单元，使用ANSYS的网格划分功能生成有限元网格。网格划分的细腻程度会影响分析结果的准确性和计算时间，需要根据分析需要进行合理选择。

3.设置材料属性：在模型和网格创建完毕后，需要设置材料属性，包括弹性模量、密度和材料类型等。可以通过ANSYS的材料库选择已有的材料属性，也可以自定义材料属性。

4.定义边界条件：在模型、网格和材料属性设置完毕后，需要定义结构的边界条件，包括约束和加载条件。约束条件是指结构受限的自由度，例如固定支撑或限制位移；加载条件是指施加到结构上的载荷，例如重力或外部力。

5.运行模态分析：完成前面几个步骤后，就可以执行模态分析了。在ANSYS中，可以使用MODAL命令来进行模态分析。MODAL命令需要指定求

解器和控制选项，例如求解的模态数量、频率范围和收敛准则等。

6.分析结果：模态分析完成后，ANSYS会输出结构的振动特性，包括

ANSYS模态分析教程及实例讲解解析

ANSYS是一个广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以用于各种

结构的模态分析，包括机械结构、建筑结构、航空航天结构等。模态分析

是通过计算结构的固有频率和振动模态，用于评估结构的动力特性和振动

响应。以下是一个ANSYS模态分析的教程及实例讲解解析。

一、教程：ANSYS模态分析步骤

步骤1：建立模型

首先，需要使用设计软件绘制或导入一个几何模型。然后，在ANSYS

中选择适当的单元类型和材料属性，并创建适当的网格。确保模型的几何

形状和尺寸准确无误。

步骤2：约束条件

在进行模态分析之前，需要定义适当的约束条件。这些条件包括固定

支持的边界条件、约束点的约束类型、约束方向等。约束条件的选择应该

与实际情况相符。

步骤3：施加载荷

根据实际情况，在模型上施加适当的载荷。这些载荷可以是静态载荷、动态载荷或谐振载荷，具体取决于所要分析的问题。

步骤4：设置分析类型

在ANSYS中，可以选择多种不同的分析类型，包括静态分析、模态分析、动态响应分析等。在进行模态分析时，需要选择模态分析类型，并设

置相应的参数。

步骤5：运行分析

设置好分析类型和参数后，可以运行分析。ANSYS将计算结构的固有

频率和振动模态。运行时间取决于模型的大小和复杂性。

步骤6：结果分析

完成分析后，可以查看和分析计算结果。ANSYS将生成包括固有频率、振动模态形态、振动模态形状等在内的结果信息。可以使用不同的后处理

技术，如模态形态分析、频谱分析等，对结果进行更详细的分析。

二、实例讲解：ANSYS模态分析

以下是一个机械结构的ANSYS模态分析的实例讲解：

ANSYS入门——模态分析步骤与实例详解模态分析是ANSYS中的一项重要功能，它用于分析结构的模态特性，

如固有频率、模态形态、振型等。下面将详细介绍ANSYS中模态分析的步

骤与实例。

1.准备工作：

在进行模态分析前，首先需要完成模型的几何建模、模型的网格划分、边界条件的设定和材料属性的定义等准备工作。

2.设置分析类型：

在ANSYS中，可以使用分析类型工具条或命令行指令设置分析类型。

对于模态分析，可以选择"Modal"。

选中“Modal”选项后，会弹出新窗口，用于设置分析的参数。可以

设置计算的模态数目、输出结果的范围、频率的单位等。

3.定义约束条件：

在模态分析中，需要定义结构的约束条件，以模拟实际情况。常见的

约束条件有固定支撑、自由边界、对称几何等。可以使用ANSYS中的约束

条件工具条或命令行指令进行定义。

4.定义激励条件：

在模态分析中，可以定义激励条件，以模拟结构在特定频率下的振动

情况。常见的激励条件有振动源、压力载荷、重力载荷等。可以使用ANSYS中的激励条件工具条或命令行指令进行定义。

5.执行分析：

完成上述设置后，点击分析工具条中的“运行”按钮，开始执行模态

分析。ANSYS会根据所设定的参数进行计算，并输出相应的结果。

6.结果展示与分析：

模态分析完成后，可以查看分析结果并进行进一步的分析。ANSYS会

输出各模态下的固有频率、模态振型、模态质量、模态参与度等信息。

接下来，我们以一个简单的悬臂梁的模态分析为例进行详解。

1.准备工作：

在ANSYS中绘制悬臂梁的几何模型，并进行网格划分。设定材料属性、加载条件和边界条件。

高速旋转轮盘模态分析

在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出其固有频率和相应的模态振型。通过合理的设计使其工作转速尽量远离转子系统的固有频率。而对于高速部件，工作时由于受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定的变化。为此，在进行模态分析时需要考虑离心力的影响。通过该实验掌握如何用ANSYS进行有预应力的结构的模态分析。

一．问题描述

本实验是对某高速旋转轮盘进行考虑离心载荷引起的预应力的模态分析，求解出该轮盘的前5阶固有频率及其对应的模态振型。轮盘截面形状如图所示，该轮盘安装在某转轴上以12000转/分的速度高速旋转。相关参数为：弹性模量EX＝2.1E5Mpa，泊松比PRXY＝0.3，密度DENS＝7.8E-9Tn/mm3。

1-5关键点坐标：

1(-10, 150, 0)

2(-10, 140, 0)

3(-3, 140, 0)

4(-4, 55, 0)

5(-15, 40, 0)

L=10+（学号×0.1）

RS=5

二．分析具体步骤

1. 定义工作名、工作标题、过滤参数

定义工作名：Utility menu > File > Jobname

工作标题：Utility menu > File > Change Title（个人学号）

2. 选择单元类型

本实验将选用六面体结构实体单元来分析，但在建模过程中需要使用四边形平面单元，所有需要定义两种单元类型：PLANE42和SOLID45，具体操作如下：

Main Menu >Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete

ANSYS中的模态分析与谐响应分析

模态分析是分析结构的动力特性，与结构受什么样的荷载没有关系，只要给定了质量、弹性模量、泊松比等材料参数，并施加了边界约束就可以得到此状态下的各阶自振频率和振型（也称为模态）。

谐响应分析是分析结构在不同频率的简谐荷载作用下的动力响应，是与结构所受荷载相关的，只是结构所受荷载的都是简谐荷载，而且荷载频率的变化范围在谐响应分析时要给出来。

比如，在ANSYS谐响应分析中要给出这样的语句

FK,3,FX,7071,7071 ！指定点荷载的实部和虚部（或者幅值和相位角）

HARFRQ,0,2.5, ！指定荷载频率的变化范围，也就是说只分析结构所受频率从0到2.5HZ之间的荷载

NSUBST,100, ！指定频率从0到2.5之间分100步进行计算

这样，结构所受的这个点荷载的表达式实际上是

F=(7071+i*7071)*exp(i*omiga*t) !式中omiga从0到2.5*2*3.1415926变化

分析得到结果是各点物理量随频率变化的，但物理量的值一般为复数，包括实部的虚部，这可以从后处理LIST结点值看出来。

个人认为进行谐响应分析并不一定要先进行模态分析（也叫振型分析、振型分解等），而直接进行谐响应分析后查看结构的物理量随频率变化曲线时也会看到在结构的自振频率处响应会放大（共振）。如果已经进行过模态分析的话，会发现谐响应分析时的共振频率和模态分析提到的自振频率是一致的。但有些时候模态分析中得到的有些频率在谐响应分析的频响曲线里可能很不明显。因此，只能说在谐响应分析前进行一下模态分析可以对结构的自振特性有个了解，以便验证谐响应分析结果是否合理。

ANSYS模态分析实例!

下面以一个简单的悬臂梁为例，介绍如何进行ANSYS模态分析。

首先，在ANSYS软件中创建一个新的工程，并导入悬臂梁的三维模型。然后，选择“模态分析”模块，进行模态分析设置。在模态分析设置中，

需要设置分析类型、求解器、收敛准则等参数。

在悬臂梁的模态分析中，我们可以选择进行固有频率和振型的分析。

固有频率是结构的自由振动频率，振型是结构在不同固有频率下的形态和

振动模式。

为了进行分析，需要给出悬臂梁的材料属性、几何属性和边界条件。

在模态分析中，材料属性可以通过给定材料的密度、弹性模量和泊松比来

定义。几何属性需要给定悬臂梁的截面形状和尺寸。边界条件则是指定悬

臂梁的支撑方式，例如给定支座的约束条件。

在模态分析设置完成后，就可以进行求解了。ANSYS软件将根据给定

的参数进行求解，并输出悬臂梁的固有频率和振型。用户可以根据固有频

率的大小和频率分布，判断结构是否具有较好的动力特性，并针对不足之

处进行优化。

通过模态分析，我们可以了解悬臂梁的固有频率和振型，进而评估结

构是否满足设计要求。对于悬臂梁来说，固有频率越高，说明结构越刚硬，越不容易发生振动。结构的固有频率还与其几何形状、材料特性和约束条

件有关。

此外，模态分析还可以帮助设计师发现结构的共振现象，即当外力频

率接近结构的固有频率时，会引起结构的剧烈振动。共振现象会对结构的

安全稳定性产生重要影响，因此在设计中需要避免共振现象，或者通过在结构中引入阻尼器等装置来削弱共振效应。

综上所述，ANSYS模态分析是一种用于了解结构动力特性的数值模拟方法。通过模态分析，可以获取结构的固有频率和振型，并评估结构的动力性能。在实际工程中，模态分析可以为设计师提供结构优化的依据，以满足设计要求。

ANSYS模态分析

首先，我们来了解一下ANSYS模态分析的原理。模态分析的目标是找

到系统的固有振动特性，包括自然频率、振型和振幅。通过模态分析，可

以确定系统的临界频率，从而避免共振现象的发生。模态分析基于有限元法，将结构划分为多个有限元，然后在每个有限元上求解固有值问题。在

求解过程中，系统的刚度矩阵和质量矩阵起到了重要作用。通过求解固有

值问题，可以得到系统的自然频率和振型。

模态分析的步骤如下：

1.创建模型：首先，需要创建一个准确的模型，包括结构的几何形状、材料属性和支撑约束。

2.网格划分：接下来，将结构划分为多个有限元，对结构进行网格划分。划分的精度将直接影响到分析结果的准确性和计算的效率。

3.定义材料和边界条件：为模型中的每个有限元分配相应的材料属性，包括材料的弹性模量、泊松比和密度等。然后，定义边界条件，包括结构

的支撑约束和加载条件。

4.求解固有值问题：使用ANSYS软件中的模态分析模块进行求解。该

模块将自动构建刚度矩阵和质量矩阵，并求解固有值问题。求解后，可以

得到系统的自然频率和振型。

5.结果分析：最后，对模态分析的结果进行分析。通过观察振型，可

以了解结构的振动模式。通过自然频率，可以判断结构的稳定性。

ANSYS模态分析的应用非常广泛。在航空领域，它可以用于分析飞机

结构的自然频率和振型，以确保结构的稳定性和安全性。在汽车领域，它

可以用于分析汽车的悬挂系统、底盘和车身等结构的自然频率和振型。在

建筑领域，它可以用于分析建筑物的振动响应，以确保结构的稳定性和抗

震性能。

以下是一个实例，展示了ANSYS模态分析的具体应用：

均匀直杆的子空间法模态分析

1.模态分析的定义及其应用

模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。

ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。

ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。

2.模态分析操作过程

一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。

(1).建模

模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。

(2).施加载荷和求解

包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。

平均直杆的子空间法模态分析之袁州冬雪创作

模态分析用于确定设计布局或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即布局的固有频率和振型，它们是承受动态载荷布局设计中的重要参数.同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是停止谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必须的前期分析过程.

ANSYS的模态分析可以对有预应力的布局停止模态分析和循环对称布局模态分析.前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称布局的模子来完成对整个布局的模态分析.

ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可以使用子空间法、分块法、缩减法.

ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略.

一个典型的模态分析过程主要包含建模、模态求解、扩大模态以及观察成果四个步调.

(1).建模

模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是近似的，主要包含定义单元类型、

单元实常数、资料性质、建立几何模子以及划分有限元网格等基本步调.

(2).施加载荷和求解

包含指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并停止固有频率的求解等.

指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal.

ANSYS模态分析实例和详细过程

ANSYS是一款被广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以进行多

种不同类型的分析，包括模态分析。模态分析是通过对结构进行振动分析，计算得到结构的固有频率、振型和阻尼比等参数，对结构的动力响应进行

预测和分析。本文将介绍ANSYS模态分析的实例和详细过程。

一、模态分析实例

假设我们有一个简单的悬臂梁结构，长度为L，横截面面积为A，杨

氏模量为E，密度为ρ。我们想要计算该梁结构的固有频率、振型和阻尼

比等参数，以评估其动力特性。

二、模态分析过程

1.准备工作

在进行模态分析之前，我们需要先准备好结构的有限元模型。假设我

们已经完成了悬臂梁结构的几何建模和网格划分，并且已经定义好了材料

属性和约束条件。

2.设置分析类型和求解器

打开ANSYS软件，并选择“Structural”工作台。在“Analysis Settings”对话框中，选择“Modal”作为分析类型。然后，在

“Analysis Type”对话框中选择“Modes”作为解决方案类型。

3.定义求解控制参数

在“Analysis Settings”对话框中，点击“Solution”选项卡。在

该选项卡中，我们可以定义求解控制参数，例如计算模态频率的数量、频

率范围和频率间隔等。

4.添加约束条件

在模态分析中，我们需要定义结构的边界条件。假设我们对悬臂梁的

一端施加固定边界条件，使其不能在该位置发生位移。我们可以在“Model”工作区中选择相应的表面，然后右键点击并选择“Fixed”。

5.添加载荷

在模态分析中，我们通常可以不添加外部载荷。因为模态分析着重于

ANSYS模态分析实例

ANSYS模态分析是一种用于计算和预测结构的固有频率和振动模态的方法。模态分析可用于确定结构的固有频率、振动模态形状和模态质量，并且在设计和优化过程中具有广泛的应用。下面将通过一个实例来介绍如何使用ANSYS进行模态分析。

假设我们有一个简单的悬挑梁结构，长度为L，截面积为A。我们的目标是计算该结构的固有频率和模态形状。

第一步是创建模型。使用ANSYS的建模工具，我们可以创建一个简单的悬挑梁结构。设置结构的几何尺寸和材料属性（如悬挑梁的长度、截面积以及材料的弹性模量等）。

第二步是设置边界条件。在模态分析中，我们需要定义结构的固定边界条件，以模拟实际应用中的约束情况。对于悬挑梁结构，我们可以指定其一个端点固定。

第三步是应用模态分析。在ANSYS中，我们可以选择适当的模态分析方法。常用的方法包括隐式和显式求解器。我们可以选择其中一种方法，并设置分析的参数，如求解器的精度和迭代次数等。

第四步是进行计算和分析。启动计算后，ANSYS将计算结构的固有频率和模态形状。计算结果将显示为结构的振动模态和对应的频率。通过分析不同的模态，我们可以了解结构的振动行为和不同模态之间的关系。

第五步是结果分析和优化。分析得到的结果后，我们可以对结构进行优化。通过调整结构的几何形状、截面积或材料属性等参数，我们可以改变结构的固有频率和模态形状，以满足特定应用需求。

总结：

以上是使用ANSYS进行模态分析的简要步骤。通过模态分析，我们可以了解结构的振动特性，并优化结构以避免共振和振动问题。ANSYS提供了强大的工具和功能，可帮助工程师进行模态分析和改进结构设计。在实际应用中，模态分析对于航空航天、建筑工程和汽车工程等领域都有重要的应用价值。