ansys模态分析及详细过程.docx

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ansys模态分析及详细过程

压电变换器的自振频率分析及详细过程

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。

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

指定分析选项，MainMenu-Solution-AnalysisType-AnalysisOptions，选择

MODOPT（模态提取方法〕，设置模态提取数量 MXPAND.

定义主自由度，仅缩减法使用。

施加约束，Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。

求解，Main Menu-Solution-Solve-Current LS。

（3）.扩展模态

如果要在 POSTI 中观察结果，必须先扩展模态，即将振型写入结果文件。

过程包括

重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。

激活扩展处理及其选项，MainMenu-Solution-LoadStepOpts-Expansionpass-

Single Expand-Expand modes。

指定载荷步选项。

扩展处理，Main Menu-solution-Solve-Current LS。

注意:

扩展模态可以如前述办法单独进行，也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。

本

例即采用了后面的方法

（4）.查看结果

模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等

所有图片大小可以自己调节

实例

1.在开始菜单中启动 MechanicalAPDLProductlauncher，如图 1 所示其中 Working

Directory

代表你的工作路径，也就是所有 ansys 的生成文件都存在这个文件加下。

而 job Name 就代

表你所做实例的名字，实例中我们将目录设为 F 盘，工作名设为 model2.最后点击 run 运行

进入 ansys 界面。

如图 2 所示。

图 2

2.定义单元类型

拾取菜单 Main M--Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete,如图 3 所示。

然后单击，

图 3

然后单击 add 按钮。

如图 4 所示，单击 ok ,选择 solid5 单元，这样就完成了对单元的选择。

然后再单击图 3 中的 close 按钮。

图 4

3.定义材料属性

拾取菜单 Main Menu-Preprocessor--Material Props-Material Models.弹出对话框，

如图 5 所示。

定义相对介电常数。

在右侧列表中依次双击"electromagnetic",

"relative permittivity", "orthotropic".输入相关参数。

图 5

在右侧再点击 Density,如图 6 所示。

定义材料的密度。

密度为 7500，单击 ok。

图 6

在右侧在依次点击“Piezoelectrics”“Piezoelectric matrix”定义压电应力矩阵，如图 7 所示。

输入相关参数。

单击 ok。

图 7

在右侧列表中依次双击"Structural", "Linear", "Elastic", "Anisotropic"如图 8 所示，

定义各向异性弹性矩阵设置，输入参数，单击 ok。

图 8

点击 Material-Exit 完成对材料的定义。

4.建模

选取菜单 Parameters-Scalar Parameters在 selection 中输入 L=10E-3 然后点击 accept，再

输入 h=20e-3,点击 accept，按照相同的步骤输入，w=10e-3,a3=1000.如图 9 所示。

图 9

点击 close。

拾取菜单 Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- Keypoints-In Active CS

弹出对话框，如图 10 所示，输入 1,创建关键点 1，坐标为 0,0,0.点击 apply。

图 10

再输入如图 11 所示

图 11

点击 apply。

输入图 12 所示。

图 12

图 13

建立四个关键点。

复制关键点选取 modeling-copy-keypoints弹出选框，如图 14 所示。

点击 pickall

弹出图 15 所示的选框，输入参数，单击 ok。

复制一份，向 z 轴偏移距离为 H。

图 14图 15

改变视角选取 plotctrls-pan zoom rotate-iso然后点击 close

是原始坐标系不显示选取 plotctrls-windows controls-windows options 如图 16 所示

选取 no shown 点击 ok。

图 16

创建直线 Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- line-line-straight

line

选取点 1 和 5，点击 ok。

划分直线网格，分为 4 份。

Main Menu – Preprocessor-meshing-size cntrls-manual

size-line-all lines,如图 17 所示，点击 ok。

图 17

通过关键点创建面，Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- areas-

arbitrary-through kps 弹出选框，选取点 1,2,3,4。

通过面拉伸体，Main Menu - Preprocessor – Modeling-operate-extrude-areas-

along lines弹出选框，选取刚才那个形成的面，单击 ok，然后再选取前面我们建立的

线，点击 ok，形成的体如图 18 所示。

图 18

5.网格划分

显示线号  plotctrls-numberingline  numbers 前打钩。

点击 ok。

图 19 所示

图 19

显示线  plot-lines

选取 meshing-mesh tool 如图 20 所示。

选取 line 后边的 set 弹出选框，选取线 11.

和 13，单击 ok，弹出如 21 所示，输入 2，单击 ok。

划分为两部分。

图 20图 21

选取 hex ，mapped,点击 mesh tool 中的 mesh 弹出选框，选取体，单击 ok。

如图 22 所示。

图 22

6.施加约束

选取节点 select-entities  弹出如图 23 所示的对话框,点击 ok。

图 23

拾取菜单 Main Menu--Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement-

symmetry b.c-on nodes  弹出图 24 选框，单击 ok。

图 24

同理约束 y 轴，将图 24 中改为 y 轴，单击 ok。

7.分析类型

拾取菜单 MainMenu-Solution-AnalysisType-NewAnalysis。

弹出对话框，选择"Type

of Analysis"为"Modal",单击"OK"按钮。

8.指定分析选项

拾取菜单 Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options。

弹出对话框，在"No.

of modes to extract"文本框中输入 10.扩展模态数为 10 如图 25 所示，单击 ok。

图 25

频率范围 50000 到 150000,图 26 所示,单击 ok。

图 26

约束 z=0 和 z=h 的面的节点电压为 0.

选取节点 select-entities  弹出如图 27 所示的对话框,点击 ok。

图 27图 29

拾取菜单 Main Menu--Solution-Define Loads-Apply-electric-boundary-voltage-on

node 如图 28 所示，单击 ok。

图 28

同理定义 z=h，电压为 0.如图 29.所示

施加约束时，先选取该面上的节点，然后直接施加就是该面的约束。

在每一步施加约束时，

我们都先选择该面上的节点后再施加。

图 23,27,29 都是选择相应面上的节点。

然后是假载

荷，不然施加的是全部节点。

9.求解

拾取菜单 MainMenu-Solution-Solve-CurrentLS。

单击“SolveCurrentLoad

Step”

对话框的“OK”按钮。

出现“Solution is done!

”提示时，求解结束，即可查看结果

了。

10 列表固有频率

拾取菜单 Main Me-General Postproc-Results Summary。

弹出窗口，列表中显示

了模型的前 10 率，可以看出结果虽然存在一定的误差，但与解析解是基本符合的。

查看完

毕后，关闭该窗口。

11. 拾取菜单 Main Menu-General Postproc-Read Results-First Set

12. 用动画观察模型的一阶模态

拾取菜单 Utility Menu-PlotCtrls-Animate-Mode Shape。

弹出对话框，单击“OK”

按钮。

观察完毕，单击“Animation Controller”对话框的"close"按钮

13. 观察其余各阶模态

拾取菜单 Main Menu-General Postproc-Read Results-Next Set.依次将其余各阶模态

的结果读入，然后重复步骤 1

观察完模型的各阶模态后，请读者自行分析频率结果产生误差的原因，并改进以上

分

析过程。

图 30

图 30 为各阶自振频率

图 31

图 31 为 1 阶振型

总结，再施加约束时，仅仅是几个面，如果忽略图 23,27,29 这几个过程，那结果可想

而知。

如果出错，仔细检查，你添加的边界约束是否正确，重复修改，结果就是这个。

我

只是把别人的例子详细的做了一遍。

比较适合初学者。