第3章 模态分析的高级内容

1、模态分析的高级内容模态分析的高级内容第第3章章DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual第第3章章模态分析的高级内容模态分析的高级内容第一节第一节 有预应力的模态分析有预应力的模态分析第二节第二节 实例实例 分析一个具有预应力的圆盘的自然频率分析一个具有预应力的圆盘的自然频率第三节第三节 循环对称模型的模态分析循环对称模型的模态分析第四节第四节 实例实例 对一个具有个对一个具有个 53 齿的齿轮进行模态分析齿的齿轮进行模态分析第五节第五节 经历大变形结构的模态分析

2、经历大变形结构的模态分析第六节第六节 模态综合法的应用模态综合法的应用第七节第七节 实例实例 音叉的模态综合法分析音叉的模态综合法分析DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual第一节第一节. 有预应力的模态分析有预应力的模态分析什么是有预应力的模态分析？什么是有预应力的模态分析？ 为什么要做有预应力的模态分析为什么要做有预应力的模态分析? ?对有预应力的结构进行模态分析对有预应力的结构进行模态分析. .一些结构在不同的应力状态下表现出不同的动力特性，比如一些结构在

3、不同的应力状态下表现出不同的动力特性，比如吉他弦或鼓面随着它的张力的增加，其振动频率也将升高吉他弦或鼓面随着它的张力的增加，其振动频率也将升高涡轮叶片旋转时，由于离心力引起的预应力的作用，它的自涡轮叶片旋转时，由于离心力引起的预应力的作用，它的自然频率就会有增大的趋势。然频率就会有增大的趋势。为了恰当地设计这些结构，必须要做具有预应力和无预应力的模为了恰当地设计这些结构，必须要做具有预应力和无预应力的模型的模态分析。型的模态分析。DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Ma

4、nual三个主要步骤三个主要步骤: :建立模型建立模型在静态分析中给模型施加预应力在静态分析中给模型施加预应力做具有预应力的模态分析做具有预应力的模态分析建立模型建立模型: :与一般的模态分析要考虑的问题一样与一般的模态分析要考虑的问题一样. .记住一定要定义材料的密度并要注意单位制记住一定要定义材料的密度并要注意单位制. .有预应力的模态分析有预应力的模态分析 步骤步骤DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual/PREP7ET，.MP，EX，.MP，DENS，!

5、 建立几何模型建立几何模型! 划分网格划分网格DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual 建立模型建立模型通过静态分析给模型施加预应力通过静态分析给模型施加预应力选择分析类型选择分析类型 & 选项选项: 确保激活预应力选项确保激活预应力选项.加载加载: 施加引起预应力的载荷施加引起预应力的载荷.后处理后处理: 察看结果确保对结构已经察看结果确保对结构已经施加了适当的载荷施加了适当的载荷.有预应力的模态分析有预应力的模态分析 步骤步骤Solution Una

6、bridged Menu Solution Analysis Type Analysis Options DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual/SOLU/SOLUANTYPEANTYPE，STATICSTATIC ! ! 静力分析静力分析PSTRESPSTRES，ONON! ! 激活预应力效应激活预应力效应! ! 加载加载.! ! 求解求解SOLVESOLVE! ! 结果处理结果处理/POST1/POST1PLDISPPLDISP，2 2PLNSOLPLNS

7、OL，S S，EQVEQVFINISHFINISH有预应力的模态分析有预应力的模态分析 步骤步骤 静态分析的典型命令流静态分析的典型命令流: DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual有预应力的模态分析有预应力的模态分析 步骤步骤单元图静态分析单元图静态分析应力图应力图 - -静态分析静态分析DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual

8、 建立模型建立模型 通过静态分析给结构施加预应力通过静态分析给结构施加预应力对带有预应力的结构进行模态分对带有预应力的结构进行模态分析析除了在分析选项中除了在分析选项中必须激活必须激活预应力效果选项预应力效果选项外，其它步外，其它步骤与普通的模态分析步骤一骤与普通的模态分析步骤一样样. .有预应力的模态分析有预应力的模态分析 步骤步骤DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual具有预应力的平板具有预应力的平板无预应力的平板无预应力的平板比较比较: :有预应力的模态分

9、析有预应力的模态分析 步骤步骤DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual 建立模型建立模型 通过静态分析给模型施加预应力通过静态分析给模型施加预应力 对带有预应力的结构进行模态分析对带有预应力的结构进行模态分析有预应力的模态分析有预应力的模态分析 步骤步骤DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual第二节第二节. 实例实例在这个实例中在

10、这个实例中, , 首先给下图所示的圆盘施加预应力，然后分析计算它首先给下图所示的圆盘施加预应力，然后分析计算它的自然频率的自然频率. . 如果时间允许，再计算一下这个圆盘在没有预应力的如果时间允许，再计算一下这个圆盘在没有预应力的情况下的自然频率和振型，从而对他们作出比较。情况下的自然频率和振型，从而对他们作出比较。详细情况请参考动力学实例补充材料详细情况请参考动力学实例补充材料DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual第三节第三节. 循环对称结构的模态分析循环对

11、称结构的模态分析什么是循环对称结构的模态分析什么是循环对称结构的模态分析? ?充分利用结构的循环对称性来对结构进行模态分析；充分利用结构的循环对称性来对结构进行模态分析；可以只模拟结构的一个扇形区，然后观察整个结构的振型。可以只模拟结构的一个扇形区，然后观察整个结构的振型。节省了建模时间节省了建模时间 不需要模拟整个结构。不需要模拟整个结构。节省了计算时间和硬盘空间节省了计算时间和硬盘空间 只需要较少的单元和自由度。只需要较少的单元和自由度。应用：应用： 可用于任何具有循环对称的结构：如涡轮、叶轮。可用于任何具有循环对称的结构：如涡轮、叶轮。DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DY

12、NAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析步骤循环对称结构的模态分析步骤六个主要步骤六个主要步骤: :建立基本扇区模型建立基本扇区模型确定循环对称面确定循环对称面通过通过 CYCLIC CYCLIC 命令自动确定命令自动确定通过创建节点组件来手动确定通过创建节点组件来手动确定施加边界条件施加边界条件制定分析类型和选项制定分析类型和选项通过通过CYCOPYCYCOPY命令指定循环求解选项，并通过命令指定循环求解选项，并通过ANSYS SOLVE ANSYS SOLVE 命令进命令进行求解行求解通

13、过通过 /CYCEXPAND /CYCEXPAND 命令将计算结果扩展到命令将计算结果扩展到360360度，并察看整个模度，并察看整个模型的结果型的结果DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析对基本扇区建立模型对基本扇区建立模型 基本扇区基本扇区必须在全局和用户定义的柱坐必须在全局和用户定义的柱坐标系下：标系下：X X 径向径向, Y , Y 沿沿 , Z , Z 轴向轴向. .循环对称面循环对称面 ( (或边或边):

14、): 节点模式可以是节点模式可以是“匹配的匹配的”或或“不匹配的不匹配的”, , 但但 “ “匹匹配配” ” 可以保证更准确的求可以保证更准确的求解解. . 可以是弯曲的可以是弯曲的. .只要只要360/360/ 是整数，是整数，扇区角扇区角 可以是任何值可以是任何值. .DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析指定循环对称面指定循环对称面 对基本扇区建模对基本扇区建模指定循环对称面指定循环对称面:自动方式自动方式:通

15、过通过 CYCLIC 命令来自动探测命令来自动探测: 扇区的数目扇区的数目 扇区角扇区角 循环坐标系循环坐标系 循环边界线循环边界线手动方式手动方式:沿着最小沿着最小 角选择节点角选择节点.创建节点组创建节点组: Utility Menu Select Comp/Assembly Create Component沿着最大沿着最大 角选择节点角选择节点.创建节点组件创建节点组件: Utility Menu Select Comp/Assembly Create Component用用 CYCLIC 命令指定所有域命令指定所有域确认在确定循环对称面时选择了所有相关项确认在确定循环对称面时选择了所有

16、相关项! 组组: DISC_M01LDISC_M01HDYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析施加边界条件施加边界条件 对基本扇区建模对基本扇区建模 指定循环对称面指定循环对称面 施加边界条件施加边界条件: :主要是位移约束主要是位移约束. .仅在各节点上施加约束（因为仅在各节点上施加约束（因为第二个扇区只包括节点和单元第二个扇区只包括节点和单元）. .根据位置选择节点，而不要根根据位置选择节点，而不要根据编号来选择节

17、点据编号来选择节点. .不需要指定对称边界条件不需要指定对称边界条件 ( (除除非你正在进行的是一个用来获非你正在进行的是一个用来获得预应力的静态分析得预应力的静态分析).).DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析指定分析类型和选项指定分析类型和选项 对基本扇区建模对基本扇区建模 指定循环对称面指定循环对称面 施加边界条件施加边界条件指定分析类型和选项指定分析类型和选项 分析类型分析类型 模态分析模态分析 选项选项:

18、 建议使用建议使用Block Lanczos 法法. 提取的模态数提取的模态数 (NMODE) 是是节径数节径数 (随后解释随后解释). 扩展的模态数目应和提取的扩展的模态数目应和提取的模态数目一样多模态数目一样多.Main Menu Solution Analysis Type New AnalysisDYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析用用ANSYS求解命令进行求解求解命令进行求解 对基本扇区建模对基本扇区建模

19、 指定循环对称面指定循环对称面 施加边界条件施加边界条件 指定分析类型和选项指定分析类型和选项指定循环选项并用指定循环选项并用ANSYS求解命令进行求解计算求解命令进行求解计算: 用用 CYCOPT,hindex, 命令来指定需要求解哪一个谐波指数（命令来指定需要求解哪一个谐波指数（ harmonic index ）. 缺省为求解所有可应用的谐波指数（缺省为求解所有可应用的谐波指数（ harmonic index ）. 菜单路径为菜单路径为:Solution Solve Current LSDYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNA

20、MICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 求解求解 节径节径: :振动中位移为零的线振动中位移为零的线 ( (类似于余弦波类似于余弦波).).提供了由基本扇区结果计算整个模型振型的关系提供了由基本扇区结果计算整个模型振型的关系. .一条节径通常在周向引起一个振动波（即一条横穿零位移平面的一条节径通常在周向引起一个振动波（即一条横穿零位移平面的线）线）, ,两条节径引起的两个振动波，如此类推两条节径引起的两个振动波，如此类推. .每条节径有许多振型每条节径有许多振型. . DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1D

21、YNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 求解求解一条节径一条节径注意，下面的位移注意，下面的位移UZUZ等值线图中有一条零位移的径线，右图表示的等值线图中有一条零位移的径线，右图表示的是振型的侧视图是振型的侧视图. .DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 求解求解两条节径两条节径DYNA

22、MICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 求解求解三条节径三条节径DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 求解求解四条节径四条节径DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1

23、DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 求解求解零节径零节径 (轴对称模型轴对称模型)DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 求解求解为什么谐波指数（为什么谐波指数（harmonic index）范围很重要）范围很重要?对每一个谐波指数，对每一个谐波指数，ANSYS都将提取一个指定数目的模态都将提取一个指定数目的模态.用户可以控制每一个要提取的模态的谐波指数

24、的范围用户可以控制每一个要提取的模态的谐波指数的范围. 最小的谐波指数为最小的谐波指数为 0 ( “瞬间模态瞬间模态”).对于偶数扇区最大的谐波指数为对于偶数扇区最大的谐波指数为 (NSECTOR/2)，而奇数扇区的，而奇数扇区的最大谐波指数为最大谐波指数为 ( NSECTOR-1)/2 .通常，只需提取整个谐波指数范围中的少数几个模态来覆盖所有通常，只需提取整个谐波指数范围中的少数几个模态来覆盖所有低阶频率模态低阶频率模态.DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manu

25、al对含有对含有N N个扇区的模型来说，谐波指数个扇区的模型来说，谐波指数 k k 和节径和节径 d d 间的关系为：间的关系为：,.,3, 2, 1 , 0mwherekNmd下标给出了谐波指数、节径以及扇区数之间的关系下标给出了谐波指数、节径以及扇区数之间的关系循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 求解求解DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual 对基本扇区建模对基本扇区建模 指定循环对称面指定循环对称面 施加边界条件施加边界条件 指定分析类型和选项

26、指定分析类型和选项 指定循环选项并用指定循环选项并用 ANSYS ANSYS 求解命令进行求解计算求解命令进行求解计算查看整个模型结果查看整个模型结果进入后处理器进入后处理器 （POST1POST1）. .四个主要步骤四个主要步骤: : 列出自然频率列出自然频率. . 用用 /CYCEXPAND,ON /CYCEXPAND,ON 命令命令 读入所需振型的结果读入所需振型的结果. . 显示振型，对振型做动画显示振型，对振型做动画. .循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析查看整个模型的结果查看整个模型的结果DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMI

27、CS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 查看结果查看结果列出频率列出频率: :General Postproc Read Results By Pick每一个谐波指数都作为一个单独的载荷步进行保存每一个谐波指数都作为一个单独的载荷步进行保存谐波指数谐波指数 0, 模态模态 1-5谐波指数谐波指数 1,模态模态1-5谐波指数谐波指数 2,模态模态1-5谐波指数谐波指数 3,模态模态1-5谐波指数谐波指数 4,模态模态1-5DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNA

28、MICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 查看结果查看结果运行命令运行命令 /CYCEXPAND,ON. ( General Postproc Cyclic Analysis Cyc Expansion )所有显示将被图形化地扩展到整个所有显示将被图形化地扩展到整个360度度.使用使用SETSET命令或菜单中的命令或菜单中的 “By Load Step”，可以读入所需振型。可以读入所需振型。谐波指数谐波指数. LSTEP=1 意味着谐意味着谐波指数为波指数为0.振型数目振型数目DYNAMICS 8

29、.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual制作振型动画制作振型动画PlotCtrls Animate Mode Shape.循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 查看结果查看结果谐波指数谐波指数 0DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 查看结果查看结果谐波指数谐波指数 1DYNAMICS 8.1D

30、YNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 查看结果查看结果谐波指数谐波指数 2DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 查看结果查看结果谐波指数谐波指数 3DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS

31、8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 查看结果查看结果谐波指数谐波指数 4DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual循环对称结构的模态分析循环对称结构的模态分析 查看结果查看结果比较循环对称解和完整模型解比较循环对称解和完整模型解: : 两种求解法频率吻合的很好两种求解法频率吻合的很好. 注意，频率较低的振型是每个注意，频率较低的振型是每个谐波指数的前几阶振型谐波指数的前几阶振型. 左表采用左表采

32、用36对称循环的模型，对称循环的模型，具有具有560个单元，个单元，1960个自由个自由度。右表采用的完整模型，具度。右表采用的完整模型，具有有2800个单元，个单元，18560个自由个自由度度. 对称模型的求解时间不到完整对称模型的求解时间不到完整模型求解时间的一半模型求解时间的一半. 结果文件的大小分别为结果文件的大小分别为: 1.34 MB 和和 4.16 MB.36 对称模型对称模型完整模型完整模型DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual第四节第四节.

33、实例实例在该实例中，你只需建立图示齿轮的在该实例中，你只需建立图示齿轮的一个齿来计算整个齿轮的自然频率一个齿来计算整个齿轮的自然频率详细情况请参考动力学分析实例补充详细情况请参考动力学分析实例补充材料材料DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual第五节第五节. 经历大变形的模态分析经历大变形的模态分析什么是具有大变形的模态分析什么是具有大变形的模态分析?对由于在载荷的作用下而产生大变形的结构进行模态分析对由于在载荷的作用下而产生大变形的结构进行模态分析. .主要应

34、用于主要应用于 当在相对细薄的气轮机叶片上作用压力或旋转载荷时，此载荷易于当在相对细薄的气轮机叶片上作用压力或旋转载荷时，此载荷易于使影响自然频率的螺旋桨松开使影响自然频率的螺旋桨松开. . 海平面下安装的管道由于接触海底导致频率的改变海平面下安装的管道由于接触海底导致频率的改变. . 压力载荷下的薄膜分析压力载荷下的薄膜分析. .DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual大变形的模态分析与有预应力的模态分析有什么不同大变形的模态分析与有预应力的模态分析有什么不同

35、? ?有预应力的模态分析，应力会影响自然频率但变形很小，也就是有预应力的模态分析，应力会影响自然频率但变形很小，也就是说几何形状不变。说几何形状不变。 大变形的模态分析，由于大变形而导致结构的几何形状改变很大大变形的模态分析，由于大变形而导致结构的几何形状改变很大，校正后的几何形状（除了应力）又会改变其自然频率和振型。，校正后的几何形状（除了应力）又会改变其自然频率和振型。 具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析接触和大变形接触和大变形DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Trainin

36、g Manual具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 步骤步骤五个主要步骤五个主要步骤: :建模建模考虑大变形的静态分析考虑大变形的静态分析更改几何形状到变形后的几何形状更改几何形状到变形后的几何形状使用分步求解过程进行模态分析使用分步求解过程进行模态分析查看结果查看结果建模建模:与一般的模态分析要考虑的问题相同与一般的模态分析要考虑的问题相同.必须要输入材料的密度并注意单位制必须要输入材料的密度并注意单位制.DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual具有大变

37、形的模态分析具有大变形的模态分析 静态分析静态分析 建模建模静态分析静态分析 选择分析类型和选项选择分析类型和选项: 确保激活预应力和大变形效应确保激活预应力和大变形效应. 加载加载: 施加静态载荷施加静态载荷. 求解求解Solution Unabridged Menu Solution Analysis Type Analysis Options DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 更新几何形状到变形后形状更新几何

38、形状到变形后形状建模建模具有大变形效应的静态分析具有大变形效应的静态分析更新几何更新几何在原始的几何结构中添加来自静态分析后的位移在原始的几何结构中添加来自静态分析后的位移.这就创建那一个新的几个模型，对该新的模型进行模态这就创建那一个新的几个模型，对该新的模型进行模态分析分析.DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual建模建模大变形的静态分析大变形的静态分析校正几何形状到变形后的形状校正几何形状到变形后的形状利用分步求解过程进行模态分析利用分步求解过程进行模态分

39、析Step 1. 选择分析类型和选项选择分析类型和选项Step 2. 矩阵对角化矩阵对角化 ( PSOLVE,TRIANG)Step 3. 计算特征值计算特征值 ( PSOLVE,EIGLANB)Step 4. 扩展模态形状扩展模态形状 ( PSOLVE,EIGEXP)具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 进行模态分析进行模态分析DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 进行模态分析进行模态分析步骤步骤1. 分析类型和

40、选项分析类型和选项 设置分析类型为模态分析设置分析类型为模态分析 选择模态提取方法选择模态提取方法 ( 推荐推荐Block Lanczos) 选择模态提取的数目选择模态提取的数目DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 进行模态分析进行模态分析步骤步骤2. 矩阵对角化矩阵对角化 (PSOLVE,TRIANG)Solution Solve Partial SoluDYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMIC

41、S 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 进行模态分析进行模态分析步骤步骤3. 计算特征值计算特征值 (PSOLVE,EIGLANB)DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual步骤步骤4. 扩展模态扩展模态 扩展模态被作为单独的部分来执行扩展模态被作为单独的部分来执行 (即即 FINISH 命令，再进入求解器命令，再进入求解器)置置 expansion

42、关键词状态为关键词状态为 ON 具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 进行模态分析进行模态分析DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 进行模态分析进行模态分析步骤步骤4. 扩展模态扩展模态(接上页接上页)选择扩展模态的数目选择扩展模态的数目DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual具有大

43、变形的模态分析具有大变形的模态分析 进行模态分析进行模态分析此时，用户可以得到模态分析的标准的结果文件此时，用户可以得到模态分析的标准的结果文件步骤步骤4. 扩展模态扩展模态(接上页接上页)执行分布求解来扩展模态执行分布求解来扩展模态DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual模态模态4, 频率频率= 585.631 Hz模态模态 2, 频率频率 = 151.584 Hz模态模态6 , 频率频率=881.08 Hz具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 查看结果查

44、看结果DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual 具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 模态形状是基于变形后的几何形状的模态形状是基于变形后的几何形状的. 模态分析的初始时刻，忽略非线性特性，而且接触单元保持其初模态分析的初始时刻，忽略非线性特性，而且接触单元保持其初始的状态始的状态. 例如，本节的实例仅提取了相互接触梁的模态例如，本节的实例仅提取了相互接触梁的模态. 摩擦系数的大小决定了接触单元是否可以滑动摩擦系数的大小决定了接触单元是否可以滑动. 用用 “

45、粗糙接触（粗糙接触（Rough Contact）” (keyopt(12)=1) 来防止滑动来防止滑动.具有大变形的模态分析具有大变形的模态分析 查看结果查看结果DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual第六节第六节. 模态综合法模态综合法什么是模态综合法（什么是模态综合法（ Component Mode Synthesis ,CMS）?基于对一个结构的各个部件独立进行模态分析来达到对整个结构基于对一个结构的各个部件独立进行模态分析来达到对整个结构进行模态分析的目

46、的的一种模态分析方法进行模态分析的目的的一种模态分析方法.综合指的是将彼此分开独立的工作组合成一个整体，综合过程中综合指的是将彼此分开独立的工作组合成一个整体，综合过程中要满足各成分间的兼容性和平衡约束条件要满足各成分间的兼容性和平衡约束条件.主自由度仅仅在界面节点中需要主自由度仅仅在界面节点中需要.DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual模态综合法模态综合法为什么要使用模态综合法呢为什么要使用模态综合法呢?要能准确的分析计算就势必大大增加了模型的规模要能准确的

47、分析计算就势必大大增加了模型的规模.可以并行的对各个组件进行分析计算可以并行的对各个组件进行分析计算.对其中一个组件的修改仅仅需要该组件的参与人来重新分析计算对其中一个组件的修改仅仅需要该组件的参与人来重新分析计算.可以充分利用可重复的对称的几何模式的优点可以充分利用可重复的对称的几何模式的优点.可以建立组件库，要对不同组件进行装配，可以方便的访问组件库可以建立组件库，要对不同组件进行装配，可以方便的访问组件库.不同的设计组可以在不同的组件上独立地工作不同的设计组可以在不同的组件上独立地工作. DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DY

48、NAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual两种方法两种方法 固定界面法和自由界面法固定界面法和自由界面法固定界面法固定界面法（Fixed Interface）是基于固定界面）是基于固定界面CMSOPT,FIX, 来来计算组件的振动模态的计算组件的振动模态的自由界面法（自由界面法（Free Interface）是基于不受任何约束的界面）是基于不受任何约束的界面CMSOPT,FREE, 来计算组件的振动模态的来计算组件的振动模态的下面主要给出固定界面法的理论知识，而自由界面法的相关内容请参下面主要给出固定界面法的理论知识，而自由界面法的相关内容请参考考Modifie

49、d-Hintz Mixed-Boundary Method。模态综合法模态综合法 概述概述 理论理论DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual模态综合法模态综合法 概述概述 理论理论组件模态综合（组件模态综合（CMS）法用一组主自由度）法用一组主自由度, um, 以及一系列模态以及一系列模态系数系数, yd d ,来代替整个模型的自由度来代替整个模型的自由度, u.变换关系下式所示：变换关系下式所示：dyuTuumsmm 表示主自由度或边界自由度表示主自由度或边界

50、自由度 s 表示从自由度或内部自由度表示从自由度或内部自由度 T 为变换矩阵为变换矩阵 DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual模态综合法模态综合法 概述概述 理论理论内部自由度内部自由度, us边界自由度边界自由度, umCMS 组件组件组件装配组件装配DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual(约束模态约束模态)(常规模态常规模

51、态)ssmGIT01smsssmKKGsCMS 变换变换 固定法固定法 (自由法见相关理论手册自由法见相关理论手册)模态综合法模态综合法 概述概述 理论理论约束模态是由于边界自由度的单位位移而引起内部自由度的位移约束模态是由于边界自由度的单位位移而引起内部自由度的位移常规模态是具有固定边界自由度的组件的模态形状常规模态是具有固定边界自由度的组件的模态形状DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training ManualCMS 假设假设, 内部自由度的运动可以由组件的约束模态以及常规模内部

52、自由度的运动可以由组件的约束模态以及常规模态的子集来近似，对一个特殊的模态态的子集来近似，对一个特殊的模态,模态综合法模态综合法 概述概述 理论小结理论小结Us = um c + yd d s约束模态振型约束模态振型 c 和常规模态振型和常规模态振型 s 可以在可以在“generation pass.”中来中来确定确定um 和和 yd d 可以在可以在 “use pass” 中来计算中来计算 Us可以以可以以在在“expansion pass”中来计算中来计算DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS

53、 8.1Training Manual模态综合法模态综合法 概述概述 文件处理文件处理DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual1.Couple superelements 2. Modal analysisSubStructure 11. Assemble the M, K2. Static reduction3. Modal analysis Superelement 1 Transfer back to physical coordinate of subs

54、tructure 1Transfer back to physical coordinate of substructure 2USE Pass (Step 4)GenerationPass (Step 3)Expansion Pass (Step 5)Partition Model (Steps 1 &2)Transfer back to physical coordinate of substructure NSubStructure 21. Assemble the M, K2. Static reduction3. Modal analysis Superelement 2 S

55、ubStructure N1. Assemble the M, K2. Static reduction3. Modal analysis Superelement N .模态综合法模态综合法 概述概述 求解步骤求解步骤Assembled Results Display (Step 6)DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual六步六步:建模建模 定义单元组件以及节点界面组件定义单元组件以及节点界面组件 Run generation passes on selec

56、ted sets of elementsRun a modal use pass of the assembled substructure.扩展组件子结构结果扩展组件子结构结果.将组件结果读入后处理器中将组件结果读入后处理器中.模态综合法模态综合法 步骤步骤DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual 步骤步骤1. 建模建模 从下向上建模或者从上从下向上建模或者从上向下建模均可向下建模均可. 从上向下的建模方式从上向下的建模方式可以从完整的数据库可以从完整的数据库

57、中选择组件中选择组件 从下向上的建模方式从下向上的建模方式是为每个组件建立数是为每个组件建立数据库据库 提前需要将一个模型拆提前需要将一个模型拆分成若干个组件分成若干个组件. 如果组件不能共享节点如果组件不能共享节点，就需要使其在与其他，就需要使其在与其他组件的交界面上保持一组件的交界面上保持一致以便在致以便在use pass中进中进行连接行连接模态综合法模态综合法 步骤步骤(用户界面形式用户界面形式)FuselageRight WingLeft WingVertical TailHorizontal TailExample ModelDYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAM

58、ICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual步骤步骤2. 为了方便识别单元和节点集，同时能够使用为了方便识别单元和节点集，同时能够使用GUI, 需要创需要创建单元组件和节点组件建单元组件和节点组件 对每一个对每一个CMS组件定义一个单元组，并为每一个组件分界面节点集定义一个组件定义一个单元组，并为每一个组件分界面节点集定义一个节点组节点组.在这一步组件管理器是非常有用的工具在这一步组件管理器是非常有用的工具 Utility Menu: Select: Component Manager模态综合法模态综合法 步骤步骤(用户界

59、面形式用户界面形式)DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual步骤步骤3. Run generation passes on selected sets of elements求解细节求解细节 子结构的子结构的Block Lanczos 特征求解特征求解 静态数值缩减静态数值缩减 (Guyan Reduction). 生成后面要使用的文件生成后面要使用的文件 对对 USE pass: _.sub 对对 EXPANSION pass: _.cms, _.emat,

60、_.db, 用户操作用户操作 命名超单元矩阵文件命名超单元矩阵文件 SEOPT 命令命令 指定指定 CMS 法法 CMSOPT 命令命令 定义定义 CMS 法法: 固定或自由固定或自由 指定模态数和频率范围指定模态数和频率范围 指定刚体模态数指定刚体模态数 (仅对自由法有效仅对自由法有效.) 定义界面自由度定义界面自由度. M 命令命令 保存数据库保存数据库. 模态综合法模态综合法 步骤步骤(用户界面形式用户界面形式)DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1DYNAMICS 8.1Training Manual步骤步骤3（接上页）