1频率分析(模态).ppt

1、频率分析(模态分析)，长沙科士达信息技术发展有限公司CAE工程师：李恊，学习点，频率分析相关知识案例分析，频率分析相关知识，什么是振动固有频率，固有振动模态共振，频率分析相关知识，什么是振动？摆的摆动和摆动是我们周围最典型的振动现象。乐器的琴弦振动并发出声音。小提琴用弓拉弦，吉他用手指或镐拨弦，当他们敲击钢琴的琴键时，一个小锤子敲击琴弦并振动它们。洗衣机脱水时会突然产生很大的震动。按摩器是机械振动，而地震是地球的振动。如果你在不平的地面或高速公路上开车，你也会感到恼人的振动，这让人们感觉很糟糕。为了理解振动现象，我们从理解固有频率(固有周期)、固有模式、共振等表示振动独特现象的术语，以及频率分

2、析、固有频率(以摆为例)的相关知识入手，然后摆以一定的周期和频率有规律地振动。无论振动的振幅是大还是小，周期和频率总是恒定的。振动频率：单位时间内的摆动次数。一秒钟的频率用赫兹表示。周期：摆动一次所需的时间。钟摆的形状(长度)决定了它的内在价值。钟摆越长，周期越长，钟摆越短，周期越短。振幅：大振幅：小，频率分析知识，固有频率(以钟摆为例)钟摆的振动时间越来越短，最后停止。这是因为空气阻力、摩擦阻力等。阻碍钟摆的摆动。由于这种阻力，振动阻尼力起作用，这就是所谓的阻尼力。没有外力(重力除外)的摆的振动称为自由振动。相应地，地震和汽车在地面能量和发动机作用力下的振动称为强迫振动。任何结构都有其固有频

3、率(固有周期)，其值由其自身结构决定。自由振动是一种没有阻尼力的振动状态，它将永远保持振动。在静力分析中，节点位移是主要的未知量。在Kd=F中，k是刚度矩阵，d是关节位移的未知量，F是关节载荷的已知量。在动力分析中，加入阻尼矩阵C和质量矩阵M的方程是典型的阻尼强迫振动方程。当缺少阻尼和外力时，当缺少阻尼和外力时(自由振动)，方程简化为，频率分析的相关知识，两端固定的弦处于自然振动模式(以弦的振动为例)，当手指弹起拉紧的弦时，弦振动。弦以与下图所示的每种振动形式相对应的状态振动。这种振动形式称为弦的自然模式。频率分析的相关知识，固有振动模式(以弦的振动为例)，固有模式与固有频率是一一对应的。对于

4、一阶固有模式，存在一阶固有频率的振动形式，对于二阶固有模式，存在二阶频率的振动形式。当以这种方式确定的频率和振动模式组合时，有许多振动形式，例如一阶、二阶和三阶。要点：振动的形式称为振动模式。通常，它从低频开始，称为第一、第二和第三固有频率，并且具有对应于每个固有频率的振动模式。共鸣(以挥杆为例)挥杆好的人在几次挥杆后能立即挥得很高，这是由于与挥杆节奏和时间的协调。换句话说，与摆动的自然频率(自然周期)相匹配称为共振。共振通常是机器和结构应该避免的现象。要点：如果外部振动力的周期与结构的自然周期一致或接近，就会发生共振。共振一般应该避免，因为它会使振动越来越强。频率分析，设计应避免共振现象。当

5、洗衣机脱水结束且电机转速较低时，它会发出突然的噪音并在停止前晃动。当洗衣机的固有频率与电机的转速一致时，这是一种共振现象。脱水期间电机的转速应设计为高于洗衣机的第一自然频率。因此，脱水过程中不会出现共振现象。洗衣机电机的转速与其固有频率一致，直到电机停止，产生共振并发出突然的声音。之后，洗衣机不会被损坏，因为它会在短时间内停止。频率分析的知识，设计时应避免共振现象，共振发生在以下两种情况下：激振力的周期(频率)与物体的自然周期(自然频率)一致，或者激振力的持续时间接近物体振动充分发展的时间；频率分析的知识是计算结构的共振频率和相应的振动模式，而不计算位移和应力的固有频率。基频：最低固有频率固有

6、振动模式：特定的固有频率对应于独特的振动形式。每个模态对应一个特定的固有频率，以及频率分析的相关知识。设计产品时，应确保产品的固有频率与激励频率不一致。一般来说，其固有频率可以设计成与激励频率相差1020以上。为了将结构的固有频率改变到危险范围之外，可以改变产品的几何结构、材料和减震特性，或者在适当的地方增加质量单位。至于结构的固有频率，如果结构变得刚性，频率高，如果变得柔性，频率低。另外，当振动构件的重量较重时，频率变低，重量变轻，频率变高。结构应该是刚性的，也就是说，结构的刚性应该提高，构件可以加厚，并且可以添加增强材料。如果结构是柔性的，也就是说，如果结构变得刚性，它可以由弹簧支撑。弹簧

7、用于汽车或电车等客车的车轮。频率分析；加载压力或拉伸载荷的频率分析将改变结构的抗弯能力。应力硬化：拉伸应力软化：压力，案例1:音叉的频率分析，案例描述：设计一个能在440赫兹时发出较低声音的音叉。运行频率分析以验证音叉是否以正确的频率振动。此外，在音叉端施加450牛的负载，以判断其对谐振频率的影响。学习内容频率分析的刚体模型列出了共振频率，以及案例1:音叉的频率分析，在关键步骤中添加了约束。音叉的末端添加了固定几何约束，以模拟手柄由人手握住的效果。对模型的网格进行分析，并对结果进行后处理以去除固定的几何形状：加载振动模式后，去除约束以获得更大的影响。向音叉施加载荷，观察预应力对振动模式的影响。

8、案例1:音叉的频率分析，分析步骤(带约束)打开部分：音叉创建一个新的频率分析示例并设置示例属性。案例1:音叉的频率分析，分析步骤(带约束)定义材料：所需的材料特性弹性模量泊松比质量密度定义人手握住模拟手柄的效果。为了模拟惯性刚度，频率分析中模型的材料特性必须包括材料密度。案例1:音叉的频率分析，分析步骤(带有约束)将网格划分为默认的网格大小。与相同模型的应力分析相比，频率分析可以采用更粗的网格。运行并检查结果，以检查每个模式形状。案例1:音叉的频率分析，分析步骤(带约束)。检查结果，列出共振频率。例1:音叉的频率分析，当刚体模态模型不受约束或部分受约束时，是刚体运动模态，所有应变为零，固有频率

9、为零。频率分析案例1:音叉的频率分析，分析步骤(无约束)创建新的频率示例，定义材料划分网格，运行并检查结果，检查每个模式形状列出的谐振频率。从列出模式窗口可以看出，前六种模式对应的频率接近0Hz。前六种振动模式对应于刚体模式。因为没有支撑，作为一个刚体，它有六个自由度：三个平移自由度和三个旋转自由度。案例1:音叉的频率分析，分析步骤(带负载)注意：当运行预载(预应力)频率分析时，模型必须以某种形式支撑在负载方向上。没有支撑，将产生奇异的刚度矩阵，导致模型无法求解。在音叉末端施加负载和450牛的压力，以进行分析。案例1:音叉的频率分析，分析步骤(带负载)检查结果。振动模式列出了共振频率，压力降低

10、了弯曲阻力，使结构更灵活，频率更低。张力提高了抗弯曲性，使结构刚性，并增加了频率。案例1:音叉的频率分析。结果表明，频率分析可以用来分析有无支撑时结构变形的刚体模态。但是现实中没有不受约束的情况，所以它是没有意义的。频率分析仅计算固有频率和相应的振动模式，不计算振幅或应力。仅考虑低阶固有频率和振动模式。频率分析的位移结果只能比较同一振动模式下模型不同部分的相对位移，其大小没有意义。结构的固有频率在荷载作用下会发生变化。为了正确分析，应该考虑任何产生预应力的载荷。练习，无支撑的车辆悬架频率分析，案例2:风扇频率分析，项目描述本练习的主要任务是分析有离心力和无离心力时的鼓风机风扇频率，并对鼓风机风

11、扇频率进行一次分析。风扇的设计速度可以容许一定范围的差异。因为风扇具有对称结构，为了简化计算，叶片被用作几何特征。分别对固定叶片和旋转叶片进行了分析，研究了旋转叶片离心力增加刚度所带来的影响效果。案例二：风机的频率分析，研究带负荷的频率分析，处理频率分析结果的设计情况。案例2:风扇的频率分析，分析步骤(无离心力)，打开部分风扇。选择配置“节”创建频率分析示例，定义频率数：5阶定义材料：1060合金钢添加约束：固定约束网格，划分默认网格大小，高质量，检查“自动过渡”操作示例，案例2:风扇频率分析，分析步骤(无离心力)检查结果，案例2:风扇频率分析(参考)，整个风扇不加载频率分析(设置频率数：)，

12、案例2:风扇频率分析(参考)。在整个风扇未加载频率分析(设定频率数：10阶)后，第五模态形状是具有相似频率的单个叶片的左右扭转。案例2:风机频率分析，分析步骤(带离心力)，其他步骤相同。添加负载：离心力加速度：3000转/分钟，选定参考“Axisl”，情况2:风扇频率分析，分析步骤(有离心力)，选择求解器：自动或直接稀疏网格操作示例，注意：当负载效应包含在频率分析中时，不能使用情况2:风扇频率分析，分析步骤(有离心力)检查结果当考虑离心力引起的拉伸应力时，风扇叶片的基本频率将显著不同，有离心力但没有离心力。案例二：风机的频率分析，如果能研究不同转速下叶片基频的影响，并画出基频随转速变化的曲线图

13、，是很有意义的。使用Solidworks仿真“设计案例”检查不同离心载荷下的频率变化。将角速度设置为6000、9000、12000、15000转/分，并检查固有频率的变化。使用设计案例定义参数：角速度，案例2:风扇的频率分析，使用设计案例链接参数并添加参数值以运行所有设计案例，案例2:风扇的频率分析，列出设计案例摘要，案例2:风扇的频率分析，总结出对于对称结构，自然频率分析后的振动模式是对称的，并且几个自然频率非常接近。振动的模态阶数越高，振动的形式就越复杂。练习：叶轮的频率分析，分析叶轮在2000转/分的频率。在静力分析中，节点位移是主要的未知量，它与接触知识、混合网格实体与曲面的频率分析有

14、关。在Kd=F中，k是刚度矩阵，d是关节位移的未知量，F是关节载荷的已知量。在动力分析中，加入阻尼矩阵C和质量矩阵M的方程是典型的阻尼强迫振动方程。当没有阻尼和外力时，当没有阻尼和外力时(自由振动)，方程简化为：例3:总成(发动机支架)的频率分析，知识点的频率分析将涉及刚度系数和质量矩阵，因此结构的形状必须保持不变。如下图所示，在不同的载荷下，两个梁可以相互独立，也可以相互接触。这两种情况下的振动特性会有很大不同。案例3:总成(发动机支架)的频率分析，要求所有零件连接在一起，无接触或间隙，无干涉，无螺栓连接。同时，我们假设螺栓头/垫圈和螺母的接触面始终保持接触，在剪切载荷下不会滑动。因此，不能

15、使用螺栓连接。如果定义了非穿透接触，因为非穿透接触可以允许接触表面之间的分离和接触，结构的形状在施加载荷后可能会改变。因此，在这种情况下，螺栓接触和无贯穿接触都必须接近实际情况。案例3:装配的频率分析(发动机支架)，项目描述发动机支架支撑一台重型发动机。对支架进行分析，以判断发动机是否在额定转速范围内共振。为了简化仿真过程，假设与发动机直接接触的连接部件具有高刚度，并且它们自身的质量相对于发动机的质量可以忽略不计。这样，在分析中可以忽略这些组件。但仍有必要模拟组件中的其他连接。关键步骤远程质量设置连接和自由接触条件，情况3:组件(发动机支架)的频率分析，分析步骤打开组件“FullBase.sl

16、dasm”并配置“无发动机”远程质量。当一个实体的质量很重要，但它的应力和变形不重要时，它可以被视为远程质量。发动机不是本次分析的重点，因此它被视为远程质量。被视为远程质量的实体将被排除在网格之外，但是在分析时将考虑它们的质量属性和惯性张量。案例3:装配频率分析(发动机支架)，在分析步骤中添加约束固定几何，案例3:装配频率分析(发动机支架)，分析步骤检查组合接触(组合配置)，案例3:装配频率分析(发动机支架)，分析步骤划分装配网格为了节省分析时间，选择“草稿”质量。默认电网规模运行分析列举共振频率。如果发动机的工作频率正好在这些频率范围之间，必须重新设计以避免共振。案例3:装配频率分析(发动机支架)，分析步骤显示前四种模式，案例3:装配频率分析(发动机支架)，分析步骤显示前四种模式，案例3:装配频率分析(发动机支架)，分析步骤显示前四种模式，案例3:装配频率分析(发动机支架)，案例3:装配频率分析(发动机支架)，分析步骤(结合自由接触)，打开示例“频率结合”。在本例中，支撑杆和板表面之间的所有接触都设置为自由，情况3:组件(发动机支架)的频率分析。分析步骤(组合和自由接触)在刚性销接头中，由于支柱之间的接触是自由的，因此必须建立支柱和锁紧螺母之间的连接。螺栓连接可以设置为刚性销连接，如图所示。在分析步骤(组合和自由接触)中完成了九个刚性销接头