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装修作业台车整体结构的有限元模态分析

α文章编号:100127445(2001)0320182204

装修作业台车整体结构的有限元模态分析

曾盛绰,吴思源

(广西大学机械工程学院,广西南宁,530004)

摘要:采用AN SYS软件对装修作业台车整体结构进行了有限元模态分析,并给出了小车在不同位置时的各

阶固有频率和振型.

关键词:模态分析;有限元;振型

中图分类号:TU767 文献标识码:A

装修作业台车是一种面向室内装修作业的升降行走机械,本文对其整体结构进行有限元模态分析,为小车结构的优化设计,提高整车的性能提供了依据.

1　模态分析的基本理论

模态分析用于抽取结构的固有频率和振型,其目的是为了避免系统在工作时发生共振和出现有害的振型,同时也可作为其它更详细的动力学分析的起点,如瞬态动力学分析、谐响应分析、谱分析.

有限元法的基本思想是将弹性体离散成有限多个单元,而后根据各单元结点的位移协调条件与平衡条件建立整体刚度方程:

[K]{U}={R},(1)式中[K]为结构总刚度矩阵,{U}为节点位移,{R}为节点载荷.

上述方程同样适用于弹性体承受动载荷的有限元分析,因动载荷随时间t变化,是时间t的函数,记其为{R(t)},因此整体刚度方程式可改写为:

[K]{U(t)}={R(t)}.(2)动载荷{R(t)}可以是作用在弹性体上的动载激励{F(t)}、或是惯性力{P T(t)}、或是阻尼力{P C(t)},即:

{R(t)}={F(t)}+{P T(t)}+{P c(t)}.(3)根据惯性力定义,惯性力可表示为:

{P T(t)}=-[M]{U

β(

t)},(4)式中[M]为质量矩阵,{U

β(

t)}为加速度列阵.

如果阻尼力正比于速度,则阻尼力可表示为

{P C(t)}=-[C]{U

α(

t)},(5)其中[C]为阻尼矩阵,{U

α(

t)}为速度列阵.

对于具有n个自由度的结构部件,将(3),(4),(5)式代入(2)式可得弹性体振动的基本方程为:

[M]{U

β(

t)}+[C]{U

α(

t)}+[K]{U(t)}={F(t)}.(6)由式(6)可以得到结构无阻尼自由振动的运动方程为

[M]{U

β(

t)}+[K]{U(t)}+={0}.(7)结构的自由振动可分为一系列简谐振动的迭加,因而可设式(7)解的形式为

第26卷第3期

2001年9月

广西大学学报(自然科学版)

Journal of Guangxi U niversity(N at Sci Ed)

V o l.26,N o.3　

Sep t.,2001　

α收稿日期:20010620;修订日期:20010810

作者简介:曾盛绰(1957),男,广西合浦人,广西大学副教授.

{U (t )}={5}e i Ξt ,

(8)

式中,{5}为振幅列阵,Ξ为简谐振动频率,t 为时间变量.

将式(8)代入(7)并消除因子e j Ξt ,得:

([K ]-Ξ2[M ]){5}=0,

(9)或写成

[K ]{5}=Ξ2[M ]{5},

(10)上式有解的条件为

det ([K ]-Ξ2

[M ])=0,

(11)

式(11)称为结构的特征方程.求解该特征方程可求得n 个特征值Ξ12,Ξ22,…,Ξn 2,以及对应每个特征值的n 个线性无关的n 维特征列向量51,52,…,5n .在模态分析中,称特征值的平方根Ξi (i =1,2,…,n )为结构的i 阶固有频率(或模态频率),特征向量{5i }(i =1,2,…,n )为i 阶模态振型(或i 阶模态,主模态),由各阶模态振型组成的n ×n 阶方阵[5]n ×n =[51,52,…,5n ]为模态矩阵.

2　AN SYS 软件模态分析功能

对模态分析,AN SYS 程序假定结构自由(无载荷),有阻尼或无阻尼振动,用下列运动方程进行描

述:[M ]{U β}+[C ]{U α}+[M ]{U }=0.该方程可作为特征值问题,对无阻尼情况(最通用的模态分析)阻

尼项[C ]{U α}被忽略,且方程简化为:([K ]-Ξ2[M ]){U }=0.其中Ξ2(固有频率的平方)表示特征值,{U }(振型,不随时间变化)表示特征向量.对阻尼情况,运动方程简化为:([K ]+i Ξ[C ]-Ξ2[M ]){U }=0.

AN SYS 软件提供了六种模态提取方法:Sub sp ace 法(子空间法)、B lock L anczo s 法(分块的兰索斯

法)、Pow er D ynam ics 法、R educed 法、U n symm etric 法和D am p ed 法.使用B lock L anczo s 或子空间技术能使大多数模态分析得到很好的解决.这些方法使用完全的刚度和质量矩阵,有很高的效率和精度,且只需要很少的用户介入.Pow er D ynam ics (使用PCG 迭代求解器的子空间技术)则是一种很快且很适用于那些仅包括体单元的模型的方法.

3　装修作业台车整体结构模态分析

3.1　模态分析有限元模型的建立

装修作业台车是一种变构形的时变结构,随着升降高度的变化,机构的构形在不断变化.由于使用时较关心小车在起始位置和最高位置时的固有频率和振型,因而本文分别对处于这两种位置时理想连接情况下模型的固有频率和振型进行分析计算.

(1)单元的选择和有限元模型的建立本文在I -D EA S 软件B eam Secti on 模块里构造好各种截面参数的梁单元后,分别对装修作业台车在起始位置和最高位置的模型进行网格划分.在I -D EA S 里建立好模型后,通过I -D EA S 软件对AN SYS 软件的转换接口得到I -D EA S 有限元模型向AN SYS 有限元模型转换的转换文件,在AN SYS 软件里读取转换文件后,分别得到装修作业台车在起始位置和最高位置的有限元模型如图1和2所示.

(2)边界条件的给定

在典型有限元模态分析中唯一有效的“载荷”是零位移约束,其它类型的载荷(力、压力、温度、加速度)可以在模态分析中指定,但在模态提取时将被忽略,因而只给有限元模型施加约束边界条件.在车架后轮轴和滚动轴承座连接处,限制除绕z 轴转动和沿x 方向移动外的所有其它自由度,前轮轮轴处限制除绕z 轴转动和绕y 轴转动外的所有其它自由度.在剪叉销钉连接处和铰接头处耦合其除绕z 轴转动外所有其它自由度来模拟转动铰.在底架和顶架滑道处耦合其除沿x 方向的移动自由度和绕z 轴转动自由度外的所有其它自由度来模拟滑动连接.

381第3期曾盛绰等:装修作业台车整体结构的有限元模态分析

图1　起始位置时整体结构的有限元计算模型图2　最高位置时整体结构的有限元计算模型3.2求解结果分析

建立好有限元模型后,在AN SYS 软件里用Sub space 法(子空间法)进行求解,分别提取了30阶模态.表1和表2分别列出了装修作业台车在起始位置和最高位置时频率在100H z 范围内的各阶固有频率和振型,图3～图6为部分模态振型图.由表1和表2可以看出,装修作业台车有非常丰富的低频分量,且存在密频现象,其各阶振型主要对剪叉和顶架构成影响.

表1　起始位置时的固有频率和振型

阶数

固有频率 H z 振型描述

阶数固有频率 H z 振型描述1　4.850剪叉和顶架上下摆动(图3)10　55.332剪叉对角扭曲27.416剪叉和顶架左右摆动1157.730剪叉对角扭曲314.721剪叉和顶架前后摆动1258.995顶架扭曲422.409上部剪叉扭曲1368.192

剪叉对角扭曲

527.073剪叉对角扭曲

1473.313上部剪叉和顶架扭曲629.483上部剪叉和顶架扭曲1584.207上部剪叉和顶架扭曲734.445上部剪叉和顶架扭曲1687.194顶架和剪叉扭曲842.775顶架扭曲

1796.043剪叉对角扭曲

51.524

顶架上下翻动扭曲(图4)

100.03

上部剪叉和顶架扭曲

表2　最高工作位置时的固有频率和振型

阶数固有频率振型描述

15.682剪叉和顶架左右摆动(图5)1046.232剪叉和顶架前后摆动27.072剪叉和顶架上下摆动1151.030顶架扭曲(图6)38.672上部剪叉和顶架扭曲1258.398剪叉对角扭曲

418.374剪叉和顶架前后摆动1369.546剪叉和顶架前后摆动523.427剪叉对角扭曲1479.546顶架上下翻动扭曲626.205剪叉对角扭曲1586.158剪叉和顶架上下摆动731.556顶架上下翻动扭曲1690.733顶架扭曲836.155上部剪叉扭曲17

100.06

顶架扭曲

40.842

顶架和剪叉扭曲

图3　起始位置时1阶振型图4　起始位置时9阶振型

481广西大学学报(自然科学版)第26卷　

图5　最高位置时1阶振型图6　最高位置时11阶振型

4　结束语

本文对装修作业台车进行有限元模态分析,分析结果表明,装修作业台车整体结构具有丰富的低频成分,且存在密频现象,如在起始位置时,整车在50～60H z 频段存在密频现象.各阶振型主要表现为剪叉和顶架摆动、扭曲,特别是剪叉的摆动、扭曲会影响工作时的稳定性和安全感,其中较为突出的是最高位置时11阶和12阶振型对整车的影响最大,因而设计时应尽量避开这些共振频率和有害振型.同时分析表明,剪叉是决定整个机构工作稳定性的主要因素,因而前后剪叉之间可适当增加连接杆来加强剪叉的稳定性.

参考文献:

[1]　杜平安.M CA E 计算机辅助工程[M ].北京:机械工业出版社,1996.

[2]　周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析[M ].上海:同济大学出版社,1997.

[3]　黄铁球,吴德隆,阎绍泽.空间大型桁架式伸展机构的固有特性分析[J ].导弹与航天运载技术,1998,(5):1211.

The ana lysis of the f i n ite elem en t m odular sta te of the whole

dolly fram e for i ndoor f it m en t

ZEN G Sheng 2zhuo ,W U Si 2yuan

(Co llege of M echanical Engineering ,Guangxi U niversity ,N anning 530004,Ch ina )

Abstract :In th is paper ,the fin ite elem en t m odality of the w ho le do lly fram e fo r indoo r fitm en t has been bu ilt and the analysis based on it has been caugh t th rough by m ean s of u sing the softw are -AN SYS .A lso ,the stab le frequency and o scillating m ode co rresponded to every rank are given w hen the do lly is in differen t po siti on .

Key words :analysis of m odu lar state ;fin ite elem en t ;o scillating m ode

(责任编辑　唐汉民)

81第3期曾盛绰等:装修作业台车整体结构的有限元模态分析

基于Hypermesh的车架结构模态分析(1)

计算机工程应用技术本栏目责任编辑：贾薇薇基于Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ的车架结构模态分析卢立富１，岳玲１，黄雪涛２（１．泰安东岳重工有限公司技术中心，山东泰安２７１０００；２．中国五征集团汽车设计院，山东日照２６２３００）摘要：应用Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ分析某中型载货汽车车架的固有频率，验证与外部激励发生共振的可能性，同时得出分析结论。关键词：Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ；车架结构；有限元中图分类号：ＴＰ２０２文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００８）１２－２０５６９－０２ＴｈｅＭｏｄａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｏｂｉｌｅＦｒａｍｅＢａｓｅｄｏｎＨｙｐｅｒｍｅｓｈＬＵＬｉ－ｆｕ１，ＹＵＥＬｉｎｇ１，ＨＵＡＮＧＸｕｅ－ｔａｏ２（１．Ｔａｉ＇ａｎＤｏｎｇｙｕｅＨｅａｖｙＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．Ｌｔｄ．ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，Ｔａｉ＇ａｎ２７１０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＧｒｏｕｐ５ｌｅｖｙＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｒｉｚｈａｏ２６２３００）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｄｅａｌｓｗｉｔｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｍｅｄｉｕｍ－ｓｉｚｅｄｌｏｒｒｙｃａｒ，ｉｔｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｒｅｓｐｏｎａｎｃｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｗｉｔｈｔｈｅｅｘｔｅｒｉｏｒｅｎｃｏｕｒａｇｅａｎｄｂｒｉｎｇｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ；ＦｒａｍｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ；ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔ１概述Ａｌｔａｉｒ公司研发的ＨｙｐｅｒＷｏｒｋｓ系列产品可以解决工程优化及分析问题，其中的Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件可以完成有限元前处理任务，它可以很好的对几何模型数据完整读取，进行有限元的四面体网格和六面体网格的剖分，还有设置完备的网格检查功能，如今Ｈｙ－ｐｅｒｗｏｒｋ已成为航空、航天、汽车等领域ＣＡＥ应用的利器之一。车架结构模态分析是新车型开发中有限元法应用的主要领域之一，是新产品开发中结构分析的主要内容。尤其是车架结构的低阶弹性模态，它不仅是控制汽车常规振动的关键指标而且反映了汽车车身的整体刚度性能，而且，应作为汽车新产品开发的强制性考核内容。实践证明，用有限元法对车架结构进行模态分析，可在设计初期对其结构刚度、固有振型等有充分认识，尽可能避免相关设计缺陷，及时修改和优化设计，使车架结构具有足够的静刚度，以保证其装配和使用的要求，同时有合理的动态特性达到控制振动与噪声的目的。使产品在设计阶段就可验证设计方案是否能满足使用要求，从而缩短设计试验周期，节省大量的试验费用，是提高产品可靠性的有效方法。２车架有限元模型的建立车架的Ｕｇ模型和有限元模型分别如图１和图２所示。有限元建模在前处理软件ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ中进行。为了保证计算结果的正确性和经济性，在建模过程中尽量保持和原始结构一致的同时，也需要进行必要的简化。因为过于细致地描述一些非关键结构，不但增加建模难度和单元数目，还会使有限元模型的单元尺寸变化过于剧烈而影响计算精度。对于必要的简化要以符合结构主要力学特性为前提。车架结构中的小尺寸结构，如板簧吊耳、副簧限位件等，对车架的整体振型影响不大，可以忽略不计。而对于链接两个零件的铆钉，则采用刚性单元代替。图１车架模型在ＵＧ环境下的实现图２车架结构有限元模型车架结构都采用板壳单元进行离散。单元形态以四边形单元为主，避免采用过多的三角形单元引起局部刚性过大；为了使整个车架有限元模型规模不致过大保证计算的经济性，单元尺寸控制在１０～２５ｍｍ。车架板壳结构的材料参数取：弹性模量Ｅ＝２．１ｅ１１ｐａ，伯松比ｕ＝０．３，密度均取：ρ＝７９００ｋｇ／ｍ３。模型规模：车架单元总数为３６３７８个，节点总数为３９０６４个。３车架结构振动分析在汽车设计领域，伴随着计算技术的迅猛发展，有限元分析在汽车数字化开发过程中获得了广泛的应用，尤其是对轿车承载式车身基本力学性能的分析，已经作为新产品开发设计中结构分析的主要内容。然而对于载货车，由于其非承载式的结构且在行驶过程中悬架系统和挠性橡胶垫较好的缓冲、吸振、吸能作用，故对其强度刚度和振动模态特性的要求要低于承载式车身，目前还没有收稿日期：２００８－０３－１２５６９

有限元模态分析报告实例

ANSYS模态分析实例 5.2ANSYS建模该课题研究的弹性联轴器造型如下图5.2：在ANSYS中建立模型，先通过建立如5.2所式二分之一的剖面图，通过绕中轴线旋转建立模拟模型如下图5.3

5.3单元选择和网格划分由于模型是三给实体模型，故考虑选择三维单元，模型中没有圆弧结构，用六面体单元划分网格不会产生不规则或者畸变的单元，使分析不能进行下去，所以采用六面体单元。经比较分析，决定采用六面体八结点单元SOLID185，用自由划分的方式划分模型实体。课题主要研究对象是联轴器中橡胶元件，在自由划分的时候，中间件2网格选择最小的网格，smart size设置为1，两端铁圈的smart size设置为6，网格划分后模型如图5.4。 5.4边界约束建立柱坐标系R-θ-Z，如5-5所示，R为径间，Z为轴向

选择联轴器两个铁圈的端面，对其面上的节点进行坐标变换，变换到如图5.5所示的柱坐标系，约束节点R，Z方向的自由度，即节点只能绕Z轴线转 5.5联轴器模态分析模态分析用于确定设计中的结构或者机器部件振动特性（固有频率和振型），也是瞬态变动力学分析和谐响应分析和谱分析的起点。在模态分析中要注意：ANSYS模态分析是线性分析，任何非线性因素都会被忽略。因此在设置中间件2的材料属性时，选用elastic材料。 5.5.1联轴器材料的设置材料参数设置如下表5-1：表5.1材料参数设置表5.1材料参数设置铁圈1 中间件2 铁圈3 泊松比0.3 0.4997 0.3 弹性模量Mpa 2E5 1.274E3 2E5 密度kg/m 7900 1000 7900 5.5.2联轴器振动特性的有限元计算结果及说明求解方法选择Damped方法，频率计算结果如表5-2，振型结果为图5.6：表5.2固有频率 SET TEME/FREQ LOAO STEP SUBSTEP CUMULATIVE 1 40.199 1 1 1 1 73.63 2 1 2 2 3 132.42 1 3 3 4 197.34 1 4 4

基于Workbench的赛车车架模态分析

基于Workbench 的赛车车架模态分析摘要：参照中国大学生方程式汽车大赛竞赛规则，利用SolidWorks 软件建立了车架三维模型，在Workbench 中建立车架梁单元模型，并对车架进行模态分析，求取其前阶模态频率，并利用其振型动画，找到试验模态的最佳激励点和悬挂点，接着通过试验模态的方法对车架进行模态测试，将试验数据与仿真结果进行对比，前五阶频率误差不超过 2Hz,结果表明，通过梁单元建立的车架模型会有较高的精度，可以进行后续的优化设计。关键词：赛车车架；固有频率；模态测试；模态分析车架作为赛车总成最重要的一部分，其上安装着所有的零部件，承载着来自各个系统的载荷，车架的结构设计在汽车总体设计中显得非常重要。赛车车架承受着来自道路的各种复杂载荷，在行驶时会由于各种不同振动源激励而产生振动。由于全国方程式赛车比赛时在良好道路条件下进行的，因此路面的激励不是主要激励，发动机激励为赛车车架的主要激励源。本文采用有限元软件Workbench 对某赛车车架进行模态分析，并与实际试验数据进行对比，结果表明利用梁单元建立的车架模型具有较高的精度，可以利用此模型进行后续的优化设计。

1.发动机激励分析发动机激励是整车最为重要的激励源，如果车架的某阶频率与发动机激励频率接近，车架将会发生严重的振动，从而影响赛车的平顺性及可靠性。方程式赛车采用CRF-450单缸4 冲程发动机，转速区间900-9500r/min 。发动机2 阶点火激励为最主要的激励，其频率可以表示为： 2.车架模态测试 2.1模态试验原理试验时赛车车架采用自由悬挂方式，赛车车架用四根弹簧绳悬挂，模拟自由约束状态。试验原理图如图1 所示，由于赛车车架质量只有32.6kg,使用激振器不方便安装，试验过程中容易晃动造成试验数据不准确，所以试验时使用50KN 的冲击力锤产生激励信号。6 个单向加速度传感器，用于测量各拾振点的振动信号，DH8302 采集系统用于数据采集及分析。加速度传感器通过磁座安装在车架钢管上。 2.2模态测试测点和激振点选择与布置方案根据赛车车架的结构特点，对其进行模态测试时，布置了一个激振点，57 个测点，分别测取x、y、z 三个方向的加取平均值，模态测试测点及激振点布置如图3 所示，其中红色点位测点位置。速度信号，为提高测试结果的精度，每个测点敲击4 次，求 2.3模态试验结果

有限元模态分析报告实例

ANSYS 模态分析实例 5.2ANSYS 建模该课题研究的弹性联轴器造型如下图 5.2 : 图勺2弹性联轴器 1-联接柴油机大铁圈；茁橡胶膜片；3-联接电动机小铁圈在ANSYS 中建立模型，先通过建立如 5.2所式二分之一的剖面图，通过绕中轴线旋转建立模拟模型如下图 5.3资料个人收集整理，勿做商业用途 _.:q: 4 1(. 片三 _」」_止

5.3单元选择和网格划分由于模型是三给实体模型，故考虑选择三维单元，模型中没有圆弧结构，用六面体单元划分网格不会产生不规则或者畸变的单元，使分析不能进行下去，所以采用六面体单元。经比较分析，决定采用六面体八结点单元SOLID185，用自由划分的方式划分模型实体。课题主要研究对象是联轴器中橡胶元件，在自由划分的时候，中间件2 网格选择最小的网格，smart size设置为1,两端铁圈的smart size设置为6,网格划分后模型如图5.4。资料个人收集整理，勿做商业用途 5.4边界约束建立柱坐标系R- &Z,如5-5所示，R为径间，Z为轴向

选择联轴器两个铁圈的端面，对其面上的节点进行坐标变换，变换到如图5.5所示的柱坐标系，约束节点R，Z方向的自由度，即节点只能绕Z轴线转资料个人收集整理，勿做商业用途 5.5联轴器模态分析模态分析用于确定设计中的结构或者机器部件振动特性（固有频率和振型），也是瞬态变动力学分析和谐响应分析和谱分析的起点。资料个人收集整理，勿做商业用途在模态分析中要注意：ANSYS模态分析是线性分析，任何非线性因素都会被忽略。因此在设置中间件2的材料属性时，选用elastic材料。资料个人收集整理，勿做商业用途 5.5.1联轴器材料的设置材料参数设置如下表5-1 : 表5.1材料参数设置表5.1材料参数设置 5.5.2联轴器振动特性的有限元计算结果及说明求解方法选择Damped方法，频率计算结果如表5-2，振型结果为图5.6：表5.2固有频率

车架的模态分析知识讲解

车架的模态分析

Frame模型的模态分析班级：T943-1 姓名：王子龙学号：20090430124

Frame模型的模态分析 T943-1-24王子龙20090430124 一、模型问题描述 1、如图所示1，机架为一焊接件，材料为结构钢，在两根长纵梁的八个圆孔内表面采用Cylinder Support约束，分析结构的前6阶固有频率。 2、在短纵梁2另一侧增加一短纵梁，使其于短纵梁1对称，分析新结构的前6阶固有频率，并与原结构对比。短纵梁短纵梁图1 机架模型二、模型分析（一）无预紧力情况 1、导入模型：打开ANSYS Workbench，从左侧工具栏中双击Modal（ANSYS），右击A3项，右键选择 Import Gemetry→Browse，找到文件Frame.x_t点击打开，然后双击A4栏，打开Mechanical窗口。 2、施加约束：选择左侧结构树中的Modal，选择两根长纵梁的八个圆孔内表面，右键选择Insert→ Cylindrical Support，如图2所示。

图2 八圆孔内表面施加约束 3、在solution（A6）中插入Toal Deformation，点击Solve求解，求解结果如图3所示。

图3 无应力时的变形图及6阶频率（二）有预紧力情况 1、回到Workbench界面，从左侧工具栏中的Static Structural(Ansys)拖至A4栏，如图4所示，双击B5栏，进入Mechanical窗口。图4 拖拽Static Stuctual(ANSYS)到A4 2、按住“shift”键，选择A5分支中Cylindrical Support，右键选择Copy，右键单击B5项，选择 Paste。 3、在Static Structual（B5）中施加载荷：选择焊接件底面insert→Force，Force=4000N，如图5所示。

模态分析有限元仿真分析学习心得

有限元仿真分析学习心得 1 有限元分析方法原理有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元法是随着电子计算机发展而迅速发展起来的一种工程力学问题的数值求解方法。20世纪50年代初，它首先应用于连续体力学领域—飞机结构静、动态特性分析之中，用以求得结构的变形、应力、固有频率以及阵型。由于其方法的有效性，迅速被推广应用于机械结构分析中。随着电子计算机的发展，有限元法从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学、生物工程学、声学等。随着计算机科学与应用技术的发展，有限元理论日益完善，随之涌现了一大批通用和专业的有限元计算软件。其中，通用有限元软件以ANSYS，MSC公司旗下系列软件为杰出代表，专业软件以ABAQUS、LS-DYNA、Fluent、ADAMS 为代表。 ANSYS作为最著名通用和有效的商用有限元软件之一，集机构、传热、流体、电磁、碰撞爆破分析于一体，具有强大的前后处理及计算分析能力，能够进行多场耦合，结构-热、流体-结构、电-磁场的耦合处理求解等。有限元分析一般由以下基本步骤组成： ①建立求解域，并将之离散化成有限个单元，即将问题分解成单元和节点； ②假定描述单元物理属性的形(shape)函数，即用一个近似的连续函数描述每个单元的解； ③建立单元刚度方程； ④组装单元，构造总刚度矩阵； ⑤应用边界条件和初值条件，施加载荷； ⑥求解线性或者非线性微分方程组得到节点值，如不同节点的位移； ⑦通过后处理获得最大应力、应变等信息。结构的离散化是有限元的基础。所谓离散化就是将分析的结构分割成为有限

学习模态分析要掌握的的知识

模态分析中的几个基本概念一、模态定义：物体按照某一阶固有频率振动时，物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的，可以用一个向量表示。模态分析一般是在振动领域应用，每个物体都具有自己的固有频率，在外力的激励作用下，物体会表现出不同的振动特性：一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型；二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率的两倍时候出现，此时的振动外形叫做二阶振型，以依次类推。一般来讲，外界激励的频率非常复杂，物体在这种复杂的外界激励下的振动反应是各阶振型的复合。二、模态分析：模态是结构的固有振动特性，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。有限元中模态分析的本质是求矩阵的特征值问题，所以“阶数”就是指特征值的个数。将特征值从小到大排列就是阶次。实际的分析对象是无限维的，所以其模态具有无穷阶。但是对于运动起主导作用的只是前面的几阶模态，所以计算时根据需要计算前几阶的。一个物体有很多个固有振动频率（理论上无穷多个），按照从小到大顺序，第一个就叫第一阶固有频率，依次类推。所以模态的阶数就是对应的固有频率的阶数。三、振型是指体系的一种固有的特性。它与固有频率相对应，即为对应固有频率体系自身振动的形态。每一阶固有频率都对应一种振型。振型与体系实际的振动形态不一定相同。振型对应于频率而言，一个固有频率对应于一个振型。按照频率从低到高的排列，来说第一振型，第二振型等等。此处的振型就是指在该固有频率下结构的振动形态，频率越高则振动周期越小。在实验中，我们就是通过用一定的频率对结构进行激振，观测相应点的位移状况，当观测点的位移达到最大时，此时频率即为固有频率。实际结构的振动形态并不是一个规则的形状，而是各阶振型相叠加的结果。四、模态扩展是为了是结果在后处理器中观察而设置的，原因如下：求解器的输出内容主要是固有频率，固有频率被写到输出文件Jobname.OUT及振型文件Jobnmae.MODE中，输出内容中也可以包含缩减

汽车车架的有限元结构分析开题报告修改,胡远鹏_修见

本科生毕业设计（论文）开题报告（含文献综述）（ 2015 届）题目：汽车车架的有限元结构分析学生姓名胡远鹏学号 201102120418 专业班级交通112 学院名称工程学院指导教师刘达列 2014年 12 月18 日

1 选题的依据及意义车架作为汽车的承载基体，安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成，承受着传递给它的各种力和力矩。车架工作状态比较复杂，无法用简单的数学方法对其进行准确的分析计算，而采用有限元方法可以对车架的静动态特性进行较为准确的分析，从而使车架设计从经验设计进入到科学设计阶段。汽车工业属于高技术产品，要生产出技术可靠，性能优越的汽车，不应用好的软件进行辅助设计是无法实现的。在汽车结构设计中采用有限元结构强度分析，可以解决以往很多无法解决的问题。实际工程结构都是复杂的超静定结构，有限元法的基本思想是将一个复杂的结构拆分成“有限”个“单元”，对这些单元分别进行分析，建立其位移内力的关系，将变分原理为工具，将微分方程化为代数方程，再将单元组装成结构，形成整体结构的刚度方程。采用有限元分析方法将一个复杂的分析过程转变成可以解决的多个步骤，为汽车的发展，提高汽车性能，节约汽车研究成本各方面起到了很大的作用。对汽车车架结构的分析我将采用ANSYS软件，ANSYS是全世界范围内最知名，功能最丰富，使用最多的有限元显示求解程序。其在高速碰撞模拟，乘客的安全性分析，零件制造，机械部件的运动分析等方面都有应用领域。 2 国内外研究现状及发展趋势 2.1 国内随着我们经济的高速发展，全球化进程的不断加快，汽车是保证和促进发展的一个重要工具。汽车车架作为重型载货汽车的载体，支撑这发动机、离合器、变速器、转向器、驾驶室和箱货等所有车架上的重物，并且使用条件恶劣，情况复杂，因此车架需要足够的强度，刚度，可靠性和寿命。有限元法已成为现代汽车设计的重要工具之一，与传统设计方法相比，它的优势在于提高汽车产品的质量，降低汽车开发和生产制造成本，提高汽车产品在市场上的竞争力。到了上世纪80年代初，国际上较大的结构分析通用有限元程序发展到几百种，其中著名的有NASTRAN,ASKA,MARC,GTSTRUD,SAP,ADINA,ANSYS等。ANSYS是由美国ANSYS公司开发的融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大姓通用有限元分析软件。该软件90年代开始

车架模态分析报告

110ZH车架模态分析报告编制：审核：批准： 2006年 3 月 15 日

第一章车架模态分析一、模态分析模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，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。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了某结构在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。由于车架的结构振动会直接引起驾驶室振动，所以分析三轮摩托车振动时，应对车架进行模态和响应分析，优化车架结构，并从工艺设计上保证乘客的安全、舒适。三轮摩托车车架是一个多自由度弹性振动系统，作用于这个系统的各种激扰力就是使摩托车产生复杂振动的动力源。引起各种激扰力的因素可概括为两类：一是摩托车行驶时路面不平度对车轮作用的随机激振；二是发动机运转时引起的简谐激振。如果这些激励力的激振频率和车架的某一固有频率相吻合时，就会产生共振，并导致在车架上某些部位产生数值很大的共振动载荷，影响乘骑的舒适性，而且往往会造成车架有被破坏的危险。因此，车架的动态设计要求车架具有一定的固有频率和振型，这样才能保证车架具有良好的动态特性。本次分析主要针对车架进行模态分析，以期预计车架主要模态的固有频率和形状，并借以指导车架改进设计，达到优化摩托车动态性能的目的。 1、模态分析处理本次分析采用自由边界条件下的模态分析（即不添加任何边界支撑和约束力，计算车架的自由模态。）和添加6个车架的边界条件状态下的模态分析（左右板簧4个，前轮支撑轴承处2个）。 1.1、模型材料参数车架材料为：Q235，有限元分析过程中材料参数为：密度 7829 kg/m^3

各种模态分析方法总结及比较

各种模态分析方法总结与比较一、模态分析模态分析是计算或试验分析固有频率、阻尼比和模态振型这些模态参数的过程。模态分析的理论经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，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。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模记分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。模态分析最终目标是在识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。二、各模态分析方法的总结

（一）单自由度法一般来说，一个系统的动态响应是它的若干阶模态振型的叠加。但是如果假定在给定的频带内只有一个模态是重要的，那么该模态的参数可以单独确定。以这个假定为根据的模态参数识别方法叫做单自由度(SDOF)法n1。在给定的频带范围内，结构的动态特性的时域表达表示近似为： ()[]}{}{T R R t r Q e t h r ψψλ= 2-1 而频域表示则近似为： ()[]}}{ {()[]2ωλωψψωLR UR j Q j h r t r r r -+-= 2-2 单自由度系统是一种很快速的方法，几乎不需要什么计算时间和计算机内存。这种单自由度的假定只有当系统的各阶模态能够很好解耦时才是正确的。然而实际情况通常并不是这样的，所以就需要用包含若干模态的模型对测得的数据进行近似，同时识别这些参数的模态，就是所谓的多自由度(MDOF)法。单自由度算法运算速度很快，几乎不需要什么计算和计算机内存，因此在当前小型二通道或四通道傅立叶分析仪中，都把这种方法做成内置选项。然而随着计算机的发展，内存不断扩大，计算速度越来越快，在大多数实际应用中，单自由度方法已经让位给更加复杂的多自由度方法。 1、峰值检测峰值检测是一种单自由度方法，它是频域中的模态模型为根据对系统极点进行局部估计(固有频率和阻尼)。峰值检测方法基于这样的事实：在固有频率附近，频响函数通过自己的极值，此时其实部为零(同相部分最

模态分析基本内容简介

模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，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。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。概述振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动模态各不相同。模态分析提供了研究各类振动特性的一条有效途径。首先，将结构物在静止状态下进行人为激振，通过测量激振力与响应并进行双通道快速傅里叶变换（FFT）分析，得到任意两点之间的机械导纳函数（传递函数）。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。近十多年来，由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展，试验模态分析得到了很快的发展，受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。用处

模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。模态分析技术的应用可归结为以下几个方面： 1) 评价现有结构系统的动态特性； 2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计； 3) 诊断及预报结构系统的故障； 4) 控制结构的辐射噪声； 5) 识别结构系统的载荷。最佳悬挂点模态试验时，一般希望将悬挂点选择在振幅较小的位置，最佳悬挂点应该是某阶振型的节点。最佳激励点最佳激励点视待测试的振型而定，若单阶，则应选择最大振幅点，若多阶，则激励点处各阶的振幅都不小于某一值。如果是需要许多能量才能激励的结构，可以考虑多选择几个激励点。最佳测试点模态试验时测试点所得到的信息要求有尽可能高的信噪比，因此测试点不应该靠近节点。在最佳测试点位置其AD DOF(Average Driving DOF Displacement)值应该较大，一般可用EI(Effective Independance)法确定最佳测试点。模态参数有那些模态参数有：模态频率、模态振型、模态质量、模态向量、模态刚度和模态阻尼等。主模态主空间主坐标无阻尼系统的各阶模态称为主模态，各阶模态向量所张成的空间称为主空间，其相应的模态坐标称为主坐标。模态截断

汽车结构有限元分析

汽车结构的常规有限元分析本文介绍了与产品研发同步的5个有限元分析阶段，阐述了有限元模型建立过程中应注意的问题，简单介绍了汽车产品的4种常规分析方法，建立汽车设计标准的方法，以及3个强度分析范例。范例1说明了有限元分析应注意的内容，范例2和3介绍了“应力幅值法”在解决汽车车轮轮辐开裂和汽车发动机汽缸体水套底板开裂问题的应用。汽车是艺术和技术的结合。一辆好车的主要特点是造型美观、有时代感、结构设计合理、轻量化、材料利用率高，车辆性能先进并且满足国家法规、标准和环保的要求，质量可靠、保养方便、低成本、用户满意、满足市场需求等。在竞争日益激烈的汽车市场，汽车性价比已经成为市场竞争的焦点。采用有限元的常规分析技术，用计算机辅助设计代替经验设计，预测结构性能、实现结构优化，提高产品研发水平、降低产品成本，加快新产品上市。 1. 与产品研发同步的5个有限元分析阶段在汽车产品研发流程中，一般有如下5个同步的有限元分析阶段：第0阶段：对样车进行试验和分析；第1阶段：概念设计阶段的分析；第2阶段：详细设计阶段的分析；第3阶段：确认设计阶段的分析；第4阶段：产品批量生产后改进设计的分析。有限元分析在产品研发的不同阶段有不同的分析目的和分析内容。有限元分析和试验分析是互相结合和验证的。在详细设计阶段，有些汽车公司对白车身和成品车车身都进行有限元分析，有些汽车公司只对白车身进行有限元分析。 2. 有限元分析的关键环节――建立合理的有限元模型有限元模型的建立是有限元分析的关键环节。通过力学分析，把实际工程问题简化为有限元分析的问题，提出建立有限元模型的具体意见和方法，确定载荷和位移边界条件，使得有限元分析有较好的模拟（仿真）效果。前处理自动生成的网格可能存在问题。建立有限元模型的好坏直接影响计算结果的误差和分析结论的正确性。在结构的几何图形上，划分有限元网格是建立有限元模型的主要内容之一。在用有限元分析的前处理自动生成网格时，特别是用常应变单元自动生成有限元网格时要非常注意，有可能存在问题，应引起注意，必要时加以改进。要想用有限元分析前处理自动生成出好的有限元网格也要付出辛勤地劳动。即使在方案比较的情况下，应力和变形的分布规律也不能离谱，计算结果的误差也应在给定的范围之内，建立好的有限元模型与分析经验有关。在没有有限元分析指南的情况下，用力学分析和试验结果对有限元模型的确认和对计算结

模态分析中的几个基本概念

模态分析中的几个基本概念物体按照某一阶固有频率振动时，物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的，可以用一个向量表示，这个就称之为模态。模态这个概念一般是在振动领域所用，你可以初步的理解为振动状态，我们都知道每个物体都具有自己的固有频率，在外力的激励作用下，物体会表现出不同的振动特性。一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型；二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率的两倍时候出现，此时的振动外形叫做二阶振型，以依次类推。一般来讲，外界激励的频率非常复杂，物体在这种复杂的外界激励下的振动反应是各阶振型的复合。模态是结构的固有振动特性，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。有限元中模态分析的本质是求矩阵的特征值问题，所以“阶数”就是指特征值的个数。将特征值从小到大排列就是阶次。实际的分析对象是无限维的，所以其模态具有无穷阶。但是对于运动起主导作用的只是前面的几阶模态，所以计算时根据需要计算前几阶的。一个物体有很多个固有振动频率（理论上无穷多个），按照从小到大顺序，第一个就叫第一阶固有频率，依次类推。所以模态的阶数就是对应的固有频率的阶数。振型是指体系的一种固有的特性。它与固有频率相对应，即为对应固有频率体系自身振动的形态。每一阶固有频率都对应一种振型。振型与体系实际的振动形态不一定相同。振型对应于频率而言，一个固有频率对应于一个振型。按照频率从低到高的排列，来说第一振型，第二振型等等。此处的振型就是指在该固有频率下结构的振动形态，频率越高则振动周期越小。在实验中，我们就是通过用一定的频率对结构进行激振，观测相应点的位移状况，当观测点的位移达到最大时，此时频率即为固有频率。实际结构的振动形态并不是一个规则的形状，而是各阶振型相叠加的结果。模态扩展是为了是结果在后处理器中观察而设置的，原因如下：求解器的输出内容主要是固有频率，固有频率被写到输出文件Jobname.OUT及振型文件Jobnmae.MODE中，输出内容中也可以包含缩减的振型和参与因子表，这取决于对分析选项和输出控制的设置，由于振型现在还没有被写到数据库或结果文件中，因此不能对结果进行后处理，要进行后处理，必须对模态进行扩展。在模态分析中，我们用“扩展”这个词指将振型写入结果文件。也就是说，”扩展模态“不仅适用于Reduced模态提取方法得到的缩减振型，而且也适用与其他模态提取方法得到的完整振型。因此，如果想在后处理器中观察振型，必须先扩展模态。谱分析中的模态合并是因为激励谱是其实是由一系列的激励组合成的一个谱，里面的频率不会是只有一个，而不同的激励频率对于结构产生的结果是不一样的，对于结果的贡献也是不一样的，所以要选择模态组合法对模态进行组合，得到最终的响应结果。模态数指一个结构拥有模态的个数？对一般形状的振型，它可以看成是很多不同阶的形状的组合。阶数与振型相对应。有多少个振型就有多少个阶数。对应基本周期的振型称为第一阶振型，比第一周期略小的（第二周期）对应的振型称为第二阶……第n阶，依次类推。

汽车结构有限元分析--第六讲_汽车结构有限元分析实例

----------------------汽车结构分析实例 ?1、汽车结构设计准则与目标 ?2、汽车结构有限元模型 ?3、汽车结构强度分析 ?4、汽车结构刚度分析 ?5、汽车结构动态分析 ?6、汽车结构疲劳分析 ?7、汽车结构碰撞分析 ?8、汽车结构有限元优化设计

1、汽车结构设计准则与目标 ?有限元分析方法是汽车数字化设计的一项核心技术； ?在产品设计阶段对汽车结构及性能做出预先评估； ?有限元分析能够提供大量的仿真试验数据和技术参数，进而可以替代部分试验，有利于设计经验的积累和设计技术的提高。 ------汽车结构分析的目的主要是解决汽车结构的可靠性、安全性、经济性和舒适性等问题，其分析内容十分广泛，而且相互关联，主要涉及以下内容： ?可靠性：研究汽车结构强度、刚度和动态特性，以及疲劳寿命等； ?安全性：研究结构耐撞性与乘员安全性等； ?经济性：研究结构优化及轻量化等； ?舒适性：进行结构振动噪声分析等。

汽车结构设计准则与目标 ?结构分析可以划分成几个阶段，各阶段有不同的设计目标。 ?◇概念设计阶段建立相应的设计目标； ?◇详细设计阶段达到相应的设计目标； ?◇样车制作阶段验证整车的性能并且分析设计中存在问题； ?◇产品制造阶段验证设计和改进产品。 ------以下概略汇总了汽车结构分析中在概念设计阶段和详细设计阶段汽车结构部分分析内容及设计目标，这些内容与目标是动态发展的，需要结合工程实际不断调整并发展。

ANSYS在车架模态分析中的应用

模态分析报告一．分析目的图1 熟悉和掌握模态分析的理论及其分析方法，并能够解决工程中的一些问题。（1）如图1所示，机器为一焊接件，在两根长纵梁的八个圆孔内表面采用Cylinder Support，分析结构的前6阶固有频率。（2）在短纵梁2另一侧增加一短纵梁，使其于短纵梁1对称，分析新结构的前6阶固有频率，并与原结构对比。二．建立实体模型 1. 题（1）的模型直接在GM模块中导入图1所示的模型。启动DM，导入装配体模型。单击File，在其下拉菜单中选择“Import External Geometry File…”,打开“Frame.x_t”，单击“Generate”。即可导入现有模型。导入的模型与题目的图相同。 2.题（2）的模型需要在所给模型的基础上进行冻结、切片、对称的操作。 I．首先在DM模块中，创建Plane4后，选择“Tools”，然后选择“Freeze”将整个模型冻结。 II．在如图2所示的平面上“Creat”-“Slice”，将模型分成三个“body”。选取

三个“body”-“Form New Part”，形成一个整体。图2 III．新建如图3所示的一个新的平面Plane5。图3 IV．选择“Creat”-“body Operation”，相对于新建的平面将短纵梁1进行一个“mirror” 的操作。即可得到需要的模型。如图4

图4 三．有限元模型 1. 图1模型采用的单元大小、单元数和节点个数三．对模型1进行网格划分划分网格后为图5所示。

2. 图4模型采用的单元大小、单元数和节点个数三．对模型进行网格划分划分网格后为图6所示

模态分析理论应用实际的讨论

模态分析理论应用实际的讨论模态分析在结构设计中的应用认识小结在结构设计中，我们通常要运用模态分析的方法来辅助设计，提高结构设计的合理性和科学性。模态参数获取有两种方法：一种是有限元法，一般的FEA软件都可以计算，WB当然也没有问题拉；一种是测试的方法，比如用LMS https://www.wendangku.net/doc/b315518213.html,b来测试。这两种方法对于测试简单的结构是没有问题的，分析结果和试验结果很吻合。但是对于复杂的装配体结构，FEA软件就显得无能为力了，因为装配体有令人讨厌的结合面，对于结合面的分析，据我所知目前还没有比较好的办法（就算是最高的CAE高手恐怕也算不准）。所以复杂装配体的模态一般用测试的方法解决。当然CAE工程师可以用实验数据得到的结合面刚度阻尼值来修正自己的有限元模型。一般模态分析的结果中，最受关注的是固有频率值及其振型。固有频率主要用以对照结构外的激振频率，看是否出现共振，共振出现的后果很严重，它会使设备的加工精度降低很多，另外固有频率值是衡量结构动静刚度的标杆，如果我想提高结构的动静刚度，不断改变自己设计的结构一般就能实现，当然设计水平也很重要；而通过观察振型我可以判断这个振型是否影响我设备的加工精度，如果影响的话，我会考虑将改变这个振型的频率，避免实际生产中出现加工精度降低的情况。模态分析在CAE中应该很简单，算出固有频率和振型也很轻松。但是如何在设计中运用好这个工具其实有很多学问。对于振型而言，可能不同的领域关注的焦点可能会不一样。以机床为例，如果计算机床的床身模态振型，可能振型有弯曲，扭转等众多振型，如果存在机床进刀、加工方向的振型，那么有可能这些振型会影响机床的加工精度。那么在设计阶段就必须对结构进行调整，比如修改结构内部的肋板分布，提高影响加工精度振型的固有频率，减少发生共振进而影响机床加工精度的可能性。我的看法是，振型模态分析要和结构强度刚度分析结合在一起，强度分析结果的高应力区如果和某一阶模态振型位移较大区域重合，就可认为结构是偏危险的，这些高应力区域有可能就是疲劳裂纹的萌生位置，而实际中的连续结构体振型应该是无穷多的，经典理论认为实际工程中能够对结构安全产生影响的往往只是低阶的频率振型，所以只要结构避开低阶共振区就能安全运行，然而随着结构形式运行条件等因素的不断变化，现代机械的振动形式也越来越复杂，除了静态强度刚度，动态强度刚度也越来越重要，在水中的湿模态分析，目前似乎还没有完美简洁的解决办法，计算分析所采用的模型和计算条件与实际运行中结构之间的差异会直接影响计算结果的精度，所以如何减小这个差异，或者说如何使分析过程更加接近实际是一直以来我们的目标。模态分析中经常遇到的问题就是当分析对象为装配体的时候。装配体模态计算的正确性绝不仅仅在熟悉产品这么简单，尤其是类似于螺栓结合面、导轨结合面的地方，关于结合面的研究老早就到了一个瓶颈了，由于结合部特性参数的影响因素众多，如结合面材料、加工方法和表面质量，结合面介质及其性质，结合面几何形状及法面压力大小等，特别是在结合部作用机理尚未被真正揭示之前，要在理论上精确获得结合部的特性参数及其分析计算表达式非常困难，故用有限元法识别精度还有待验证。结合部动力学参数识别问题的确是个技术性难题。目前解决好这一问题的手段是：测试＋仿真，建立混合模型。另外对于产品的认知度问题是个值得讨论的问题，比如加强劲板形状的设计就是个问题。你是否已经能够罗列出各种简单振动模式下最好的结构形式？首先列一张表，然后你会心里有数些。但产品并非那么简单，所以需要设计复杂结构。那么，仅仅凭借模态测试是不够的，需要做结构形式的优化，那我们现有的优化技术中，拓扑优化是解决这一问题的好帮手。曾经拿一家公司的产品，测试和计算发现他们的产品第一阶模态就到了300Hz以上,而同形式的产品，国内仅能到70几Hz.这个差距是何等的大？想办法把我们的产品也做到这样，那你就牛了。这里谈到结构优化，我就插一句，ANSYS Workbench在分析或者说验证方面很不错，但是要涉及到拓扑优化和形貌优化则比较差，几乎不能应用到实际工程中，最多使用的尺寸优化。如果大家要做结构优化的话，建议使用一下HyperWorks/Optistruct，这个在结构优化上可以说是绝对领先的。. 还有就是共振的实际分析

汽车车架的动力学分析--模态分析

北京科技大学机械工程进展（论文）题目：汽车车架的动力分析计算（模态分析）院别：机械工程学院专业班级：机研106班学生姓名：学号：导师：评分： 2010年11月26日

轻型载货汽车车架模态分析摘要：车架作为汽车的承载基体，安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成，承受着传递给它的各种力和力矩。所以对车架的结构十分重要。本文主要采用有限元方法对车架的进行模态分析，研究了车架结构与其固有频率及其振型的关系, 给出车架在一定约束下的固有频率及固有振型，为解决车架结构的动力学问题和结构的改进提供了一定的依据。关键词：有限元方法；车架；固有频率；模态分析 1 引言车架是一个弹性系统，在外界的时变激励作用下将产生振动。当外界激振频率与系统固有频率接近时，将产生共振。共振不仅使乘员感到很不舒适，还会带来噪声和部件的疲劳损坏，威胁到车架的使用寿命和车辆安全。车架是一个多自由度的弹性系统。因此，它也有无限多的固有振型，而作用在车架上的激励来自于悬架系统、路面、发动机、传动系等的振动，这些振动对车架的激励可以认为是全频率的，但是，路面和悬架系统对车架结构激励的特点一样，每种激励在所有频率范围内并不是等能量分布的，所以，试图在所有频率上消除作用在车架上的激励，与车架结构的某些振型的共振是不可能。因此，只有将注意力集中在各激励的能量集中的频率上，使之与所关心的车架的某阶振型不发生共振。因而对车架进行模态分析以掌握车架对激振力的响应，从而对车架设计方案的动态特性进行评价，己经成为车架设计过程中必要的工作[1]。 2 模态分析理论基础在有限元分析程序中，振动方程表示为： 1-1 该方程可作为特征值问题，对无阻尼情况，方程可简化为： 1-2 其中。ω2(固有频率的平方)表示特征值;{μ}表示特征向量，在振动的物理过程中表示振型，指示各个位置在不同方向振动幅值之间的比例关系，它不随时间变化。对有阻尼情况，振动方程可转化为:

模态分析

风刀的模态分析摘要：https://www.wendangku.net/doc/b315518213.html,/a/jixiegongcheng4603.html 在机械行业中，对于大量的旋转结构都会时常接触到，这些结构在整个机械行业中占住重要的地位，然而，对于这些结构的损坏，也是由于在旋转的过程中产生了共振，从而引起很大的振动应力，导致了结构件的损坏。因此，在实际工程的设计中，如何做好动力学设计和分析是一项举足轻重的工作。对于像这样的旋转结构件，如何避免产生共振，是动力学设计和分析中一项重要的环节。为此，利用当前先进的计算机技术来对产品进行模态分析，可以指导实际工作中如何去避免共振。模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术，通过它可以确定自然频率、振型和振型参与系数．模态分析可以使结构设计避免共振或以特定频率进行振动，明确结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的，有助于在其他动力学分析中估算求解控制参数。所以接下来对本文的研究对象即对风刀吹风管进行改进前后做一个模态的对比分析。 1 风刀吹风管的振动分析风刀吹风管在工作的过程中，由于受到气流连续不断的冲击作用，所产生的高频振动量就是风刀吹风管的固有频率，风刀吹风管的固有振动频率一般是指风刀吹风管系统风刀振动的固有频率，风刀吹风管系统的风刀振动主要是由高压高速的气流所引起的．影响风刀振动的固有频率的因素很多，如气流压缩强度、流速大小、单位面积流通量以及各种阻尼等等，近似可由公式π2//0m k f =进行计算，其中m 和k 分别为气流的等效质量．为了避免气流流过吹风管发生共振现象，必须精确地测出吹风管的固有振动频率，同时也为风刀吹风管系统的故障诊断提供了一个重要参数． 2 风刀吹风管的模态分析 2.1 模态分析简介模态分析可以分为理论模态分析和试验模态分析,以及二者相结合的理论—试验模态分析这三种研究手段和方法。理论模态分析是基于线性振动理论、有限元理论的，它通过计算机及工程分析软件，首先建立研究对象的几何或数学模型，分析其物理参数，从研究激励、振动系统特性、响应三个方面来求解研究对象的动态特性。实验模态显然是依赖于实验仪器的，主要基于线性振动理论，或者可以间接的从声音振动频率上可以测得。总之，模态分析就是分析引起最低振动频率的大小，因此，模态分析也可以称为振动模态分析，而振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的