有限元分析软件Ansys在模态分析中的应用

中 图分 类 号 ：Ｔ Ｂ １ ２ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ — ０ ７ ８ ５（ ２ ０ １ ３ ）１ １ — ０ ０ ８ ３— ０ ３ ．
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，ｍｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｍｉ ｒ ｎ ｅ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｅ —
０ 前 言
机 械结 构 不可避 免地 会受 到动 载荷 的作用 ， 并 因此 产 生 振 动 ，振 动 能 够 形 成 结 构 共 振 或 材 料
若Ｆ（ ｔ ）＝ ０ ，则 为无 阻尼 的 自由振动 ，其 方 程 为
Ｍ ｕ ＋Ｋｕ ：０
若是谐 运 动 ，则 运 动 方 程 为 结 构 振 动 的 特 征
方程
一
疲 劳 而使 结 构 不 能 正 常 工 作 ，所 以有 必 要 了解 机
械 结构 的振 动 特 性 。 固 有 频 率 与 振 型 是 结 构 振 动
Ｍ ｕ ＝０
特 性 的重 要 参 数 ，它 们 对 机 械 结 构 的使 用 寿 命 与
工 作安 全 性有 很大 影 响 。 了解 机械 结 构 的 振 动 特 性 可 以采 用 模 态 分 析
有限元分析软件 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ 在模态分析． 中的应用
王 字 张俊 伟 林 永龙
１吉林 电子 信 息职 业技 术 学 院 吉林
摘
１ ３ ２ ０ ２ １ ２一 汽 吉林汽 车有 限公 司 吉林
１ ３ ２ ０ １ ３
要 ：作 为 动 力 学 分 析 的 基 础 ，模 态 分 析 可 以用 来 确 定 机 械 机 构 自身 的 振 动 特 性 ，文 章 简 要 阐述 了 模 态
分析的基本原理 以及 在 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ 环境下进行模 态分析 的步骤 ，并 以一高速旋转 圆盘锯 片为分 析对 象 ，进行带有预应
力 的模态分析 ，以此 说明在 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ 软件 中进行模态分析 的方法 ，并 为类 似的工程计算 问题 提供参考。
关键词 ：模态分 析 ；Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ 软件 ；固有频 率 ；振型
模 态分 析 即 为 求 解 此 方 程 的 特 征 值 及 其 对 应 的特 征 向 量 Ｕ ， 自 由度 总 数 为 １～ｉ 的 取 值
区间。
方 法 ，其计 算 结 果 能 够 得 到 结 构 的 固有 频 率 与振 型 ，这 些 不 仅 可 以说 明 机 械 结 构 的刚 度 情 况 ，还 可 为其 他 动力 学分 析 打下必 要 的基 础 。
文 章 简述 了模 态 分 析 的基 本 原 理 以及 在 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ 环境 下 进 行 模 态 分 析 的步 骤 ，并 以预 应 力 的模 态
２ Ａｎ ｓ ｙ ｓ 软件 中模态分析简 介
大型通 用有 限元 分析 软件 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ 拥 有 丰 富 的材
料 与 单元库 ，并 可 高 效地 求 解 各 种 工程 问题 ，Ａ ｎ ． ｓ ｙ ｓ 软件 含有 前处 理 、分析计 算 与后处 理 ３个 模块 ，
ｍｏ ｄ ｌ ａ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ａ ｒ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｍｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ；Ａｎ ｓ ｙ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ；ｉ ｎ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ；ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ
ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ．Ｔｈ ｅ ｐａ ｐｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｓ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｍｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ａ ｎｄ ｉ ｔ ｓ ｓ ｔ ｅ ｐｓ ｉ ｎ Ａｎ ｓ ｙ ｓ ．Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ
提 取结 构 的 固有 频 率 及 相 应 的 主 振 型 为 模 态 分 析 的 目的 ，求 解 结 构 振 动 特 征 方 程 的 特 征 值 与 特征 向量是 其实 质 问题 。
动 力有 限元 的基 本方 程 为
Ｍｕ＋Ｃ ｕ＋ Ｋｕ＝ Ｆ（ ）
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１ ）在 前处 理模块 中通 过指 定 单元 类 型 、定 义 实 常 数 等一 系 列 操 作 ，根 据研 究 对 象 的几 何 形 状 与 尺 寸 ，完 成计 算模 型 的建立 ；２ ） 对计 算 模 型 施 加边
ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｓ ｃ ｓ ａ ｗ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ａ ｓ ａ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｄ ｌ ａ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｐ ｒ ｅ — ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｒ ｍｅ ｄ ， ｔ ｏ ｓ ｈ ｏ ｗ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ
能 和很多 Ｃ Ａ Ｄ软件 实 现数据 共享 并进 行数 据交换 ， 是进 行 Ｃ Ａ Ｅ与数 值 分析 的有效 工具 。 在Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ 环境 下 进 行 模 态 分 析 包 括 以 下 步骤 ：
分 析 为算 例 ，可为 类 似工程 问题提 供参 考 。
１ 模 态 分 析 原 理