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模态分析若干问题解释

发布时间:2021-06-23 06:34:18

A. 什么是模态分析

简单地说,模态分析是根据用结构的固有特征,包括频率、阻尼和模态振型,这些动力学属性去描述结构的过程。那只是一句总结性的语言,现在让我来解释模态分析到底是怎样的一个过程。不涉及太多的技术方面的知识,我经常用一块平板的振动模式来简单地解释模态分析。这个解释过程对于那些振动和模态分析的新手们通常是有用的。
考虑自由支撑的平板,在平板的一角施加一个常力,由静力学可知,一个静态力会引起平板的某种静态变形。但是在这儿我要施加的是一个以正弦方式变化,且频率固定的振荡常力。改变此力的振动频率,但是力的峰值保持不变,仅仅是改变力的振动频率。同时在平板另一个角点安装一个加速度传感器,测量由此激励力引起的平板响应。
现在如果我们测量平板的响应,会注意到平板的响应幅值随着激励力的振动频率的变化而变化。随着时间的推进,响应幅值在不同的频率处有增也有减。这似乎很怪异,因为我们对此系统仅施加了一个常力,而响应幅值的变化却依赖于激励力的振动频率。具体体现在,当我们施加的激励力的振动频率越来越接近系统的固有频率(或者共振频率)时,响应幅值会越来越大,在激励力的振动频率等于系统的共振频率时达到最大值。想想看,真令人大为惊奇,因为施加的外力峰值始终相同,而仅仅是改变其振动频率。
时域数据提供了非常有用的信息,但是如果用快速傅立叶变换(FFT)将时域数据转换到频域,可以计算出所谓的频响函数(FRF)。这个函数有一些非常有趣的信息值得关注:注意到频响函数的峰值出现在系统的共振频率处,注意到频响函数的这些峰出现在观测到的时域响应信号的幅值达到最大时刻的频率处。
如果我们将频响函数叠加在时域波形之上,会发现时域波形幅值达到最大值时的激励力振动频率等于频响函数峰值处的频率。因此可以看出,既可以使用时域信号确定系统的固有频率,也可以使用频响函数确定这些固有频率。显然,频响函数更易于估计系统的固有频率。
许多人惊奇结构怎么会有这些固有特征,而更让人惊奇的是在不同的固有频率处,结构呈现的变形模式也不同,且这些变形模式依赖于激励力的频率。
现在让我们了解结构在每一个固有频率处的变形模式。在平板上均匀分布45个加速度计,用于测量平板在不同激励频率下的响应幅值。如果激励力在结构的每一个固有频率处驻留,会发现结构本身存在特定的变形模式。这个特征表明激励频率与系统的某一阶固有频率相等时,会导致结构产生相应的变形模式。我们注意到当激励频率在第一阶固有频率处驻留时,平板发生了第1阶弯曲变形,在图中用蓝色表示。在第2阶固有频率处驻留时,平板发生了第1阶扭转变形,在图中用红色表示。分别在结构的第3和第4阶固有频率处驻留时,平板发生了第2阶弯曲变形,在图中用绿色表示,和第2阶扭转变形,在图中用红紫红色表示。这些变形模式称为结构的模态振型。(从纯数学角度讲,这种叫法实际上不完全正确,但在这儿作为简单的讨论,从实际应用角度讲,这些变形模式非常接近模态振型。)
我们设计的所有结构都具有各自的固有频率和模态振型。本质上,这些特性取决于确定结构固有频率和模态振型的结构质量和刚度分布。作为一名设计工程师,需要识别这些频率,并且当有外力激励结构时,应知道它们怎样影响结构的响应。理解模态振型和结构怎样振动有助于设计工程师设计更优的结构。模态分析有太多的需要讲解的地方,但这个例子仅仅是一个非常简单的解释。
现在我们能更好地理解模态分析主要是研究结构的固有特性。理解固有频率和模态振型(依赖结构的质量和刚度分布)有助于设计噪声和振动应用方面的结构系统。我们使用模态分析有助于设计所有类型的结构,包括机车、航天器,宇宙飞船、计算机、网球拍、高尔夫球杆……这些清单举不胜举。

B. 如何对模态分析结果进行评价

为什么要计算固有频率和模态
1) 评估结构的动力学特性。如安装在结构上的旋转设备,为避免其过大的振动,必须看转动部件的频率是否接近结构的任何一阶固有频率。
2) 评估载荷的可能放大因子。
3) 使用固有频率和正交模态,可以指导后续动态分析(如瞬态分析、响应谱分析、瞬态分析中时间步长 的选取等)
4) 使用固有频率和正交模态,在结构瞬态分析时,可以用模态扩张法
5) 指导实验分析,如加速度传感器的布置位置。
6) 评估设计

C. 请问如何 解释 模态分析结果中的应力

模态分析的应变结果可以理解为应变模态,即在固有振型(该阶频率振动达到最大位移变形时)的应变应力分布情况。
静力分析的应力是和荷载有关的,而模态分析结果是和荷载无关的。

D. ansys模态分析时输入的模态数具体指的是什么

一般待分析模型的模态都是N多的,但是一般考虑的也是前几阶,模态包括固有频率、阻尼比和振型。
你分析的前5阶模态,这五个值逐次增大,分析代表该模型“自由振动”时的前5个固有频率,如果外部激励的频率接近这五个频率,该模型将会产生振动,这在工程中是需要避免的。
5个方向的振动代表的是前5阶模态下,每个固有频率对应的“振型”,通俗点说,就是该模型在自由振动下的形态。
希望可以帮到你

E. 模态究竟是什么

模态是结构系统的固有振动特性。线性系统的自由振动被解耦合为N个正交的单自由度振动系统,对应系统的N个模态。每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。

F. ansys模态分析实例讲解

modal是个关键字,指定该分析为模态分析……如果你要进行其他分析如静力学分析你就可以换……
LANB,5指的是用lanb方法求解前5阶固有频率,你可以把5换成其他数字……表明求前多少阶固有频率

G. 有限元进行的“模态分析”这个到底是什么意思,希望能用比较能理解的话解释一下。为什么一个结构会有好几

模态分析包括分析振形和固有振动频率,振形就是振动的形态并有对应的振动频率!简单这么回答吧,具体看一下振动力学!

H. 结构动力分析中模态分析中的“一、二、、”阶怎么解释

模态分析是指采用振型分解法计算结构的各阶振型,包括各阶模态的频率、振型等。

指的是振型分解法中的一阶、二阶振型。

I. 为什么选择不同的频率范围,最后模态分析计算的频率结果不一样呢求解释

你说的结果不一样是什么意思,给出一个频率范围是指要求软件在这个频率范围中得出模型的各阶模态及频率,这样不同的范围得到的模态阶数就不一样,比如0~5000Hz可以得到前十阶模态,那么如果给出5000~10000Hz时前十阶模态肯定是没有的。我不知道是不是对你问题理解得正确,如果是你给出0~5000Hz,0~6000Hz时同样阶数的模态结果不一样,那么我就不知道是什么原因了

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