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ANSYS动力学分析指南(连载一>发表时间：2007-7-25 作者: 安世亚太 关键字: ANSYS 动力学分析 安
世亚太 模态分析
§1.4.2人工选择主自由度的准则
选择主自由度是缩减法分析中很重要的一步。缩减质量矩阵的精度<求解精确）将取决于主自由度 的位置和数目。对于给定的问题，可以选择多种不同的主自由度集，在所多种情形下都可以得到能够接受的结果。
用命令M和MGEN来选择主自由度，也可用TOTAL命令让程序在求解过程中选择主自由度。建议两 种方式兼用：自己选择少量主自由度，同时让ANSYS程序选择一些自由度。这样，程序将弥补那些可能被遗漏的模态。 下面是选择主自由度的基本准则：
1.主自由度的总数至少应是感兴趣的模态数的两倍。 2.把预计结构或部件要振动的方向选为主自由度。
例如对于平板问题，应至少在法向上选择几个主自由度<见图1a）。如果在一个方向上的运动会引起 另一个方向上的大运动时，应在两个方向上都选择主自由度<见图1b）。
图1 3.在相对较大的质量或较大转动惯量但相对较低刚度的位置选择主自由度<见图2）。凸肩或“松散”连 接的结构是这种位置的实例。相反地，不要选择质量相对较小或有较高刚度<如靠近约束处的自由度 图2应选择主自由度的位置： 4.如果最关注的是弯曲模态，则可以忽略转动和“拉伸”自由度。 5.如果要选的自由度属于一个耦合约束集，则只须选中耦合集中第一个<首要的）自由度。 6.在施加力或非零位移的位置选择主自由度。 7.对于轴对称壳模型 图3在轴对称壳模型中选择主自由度 检查主自由度集的有效性的最好方法是用两倍<或一半）数目的主自由度再次进行分析然后比较结果。 另一种方法是观察在模态分析解中输出的缩减质量分布。缩减质量最起码在运动的主要方向上的分量应该占 结构整个质量的10%～15%。 §1.4.3程序选择主自由度的要点 如果让ANSYS程序选择主自由度<命令[TOTAL]），选出的主自由度的分布将取决于求解时单元被处理的 顺序。例如，程序将按单元是从左到右还是从右到左被处理的而选择出不同的主自由度集。然而，这种差异通 常在结果中只会产生无关紧要的差别。 对于有统一的大小和特征的网格<如平板），主自由度通常不会是统一的。在这种情况下，应当用命令M 和MGEN人为地指定一些主自由度。在质量分布不 规则的结构中也应做同样的处理，因为程序选出的主自由度 可能集中在高质量区。 §1.5模态分析 过程 模态分析过程由四个主要步骤组成： 1.建模； 2.加载及求解； 3.扩展模态； 4.观察结果 。 下面分别展开进行详细讨论： §1.6建模 主要完成下列工作：首先指定工作名和分析标题，然后在前处理器 ·在模态分析中只有线性行为是有效的。如果指定了非线性单元，它们将被当作是线性的。例如 ，如果分析中包含了接触单元，则系统取其初始状态的刚度值并且不再改变此刚度值。 ·材料性质可以是线性的，各向同性的或正交各向异性的，恒定的或和温度相关的。在模态分析 中必须指定杨氏模量EX<或某种形式的刚度）和密度DENS<或某种形式的质量）。而非线性特性将被忽略。 §1.7加载及求解 主要完成下列工作：首先定义分析类型、指定分析设置、定义载荷和边界条件和指定加载过程设 置，然后进行固有频率的有限元求解。在得到初始解后，再对模态进行扩展，以供查看。扩展模态将在 下一节“扩展模态”中进行详细说明。 §1.7.1进入ANSYS求解器 命令：/SOLU GUI：Main Menu>Solution §1.7.2指定分析类型和分析选项 ANSYS提供的用于模态分析的选项如下表所示，表中的每一个选项都将在随后详细解释。 分析类型和分析选项 选项 New Analysis Analysis Type: Modal Mode Extraction Method Number of Modes to Extract No. Of Modes to Expand Mass Matrix Formulation Prestress Effects Calculation GUI 选择途径 Main Menu>Solution>-Analysis Type-ANTYPE New Analysis Main Menu>Solution>-Analysis Type-ANTYPE New Analysis >Modal 命令 MODOPT Main Menu>Solution>Analysis Options MODOPT Main Menu>Solution>Analysis Options MXPAND Main Menu>Solution>Analysis Options LUMPM Main Menu>Solution>Analysis Options PSTRES Main Menu>Solution>Analysis Options 注意—选择模态分析时，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 注意—在单点响应谱分析 注意—在模态分析中Restart<重启动）是无效的。如果需要施加不同的边界条件，则须做一次新的分析或采用 < 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—非对称法、阻尼法和QR阻尼法在ANSYS/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[MXPAND] 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 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，也称为一致质量矩阵）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─在有预应力的周期对称单元如PLANE25和SHELL61上只可以加轴对称载荷。