ANSYS模态分析.ppt

1、结构模态分析,以振动理论为基础，以模态参数为目标的分析方法 研究系统物理参数模型、模态参数模型和非参数模型的关系，并通过一定手段确定这些系统模型的理论及其应用的一门学科,理论模态分析,以振动理论为基础，研究激励、系统、响应三者的关系。,试验模态分析,综合运用线性振动理论、动态测试技术、数字信号处理和参数识别等手段，进行系统识别的过程,物理参数模型,模态参数模型,非参数模型,物理参数模型,模态参数模型,非参数模型,物理参数模型 以质量、刚度、阻尼为特征参数的数学模型 模态参数模型 以模态频率、模态矢量（振型）和衰减系数为特征参数的数学模型和以模态质量、模态刚度、模态阻尼、模态矢量（留数）组成的另

2、一类模态参数模型 非参数模型 频响函数或传递函数、脉冲响应函数,理论模态分析,总而言之，模态分析方法就是以系统的各阶主振型所对应的模态坐标来代替物理坐标，使微分方程解耦，变成各个独立的微分方程，从而求出各阶模态参数，进而求出物理参数。理论上，获得了系统的各阶模态即可通过线性组合得出系统任意激励下的响应。一般，选取前几阶模态进行叠加即可达到足够的精度。,有限元分析,有限元分析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。有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手

3、段。,有限元分析流程,建立物理模型,建立有限元模型,有限元方程的形成和求解,结果解释和显示,修改计算参数,修改有限元模型,修改物理模型,检查评定准则,结束,是,否,有限元模型建立原则,模型误差,单元形状误差,边界条件误差,离散误差,几何离散误差,物理离散误差,计算误差,结果误差,保证计算精度,单元划分设定准则,控制模型规模,删去车身中原有的小尺寸结构，如小孔、开口、或者由工艺压成的尺寸不大的筋和凸台，一些小的圆角结构，将其简化成直角。 轿车是封闭的承载式车身，包括承载的车体骨架结构和不以承载为目的的结构件。车身骨架结构由车体结构件及覆盖件焊接而成。主要承载零部件包括门槛、前后纵梁、顶盖、地板、

4、A、B、C柱、轮罩、前后悬挂固定座、行李架等。而对于一些装饰件如汽车保险杠，用螺钉连接在白车身上的零部件如前翼子板，一些非焊接的小零件在建模中均不予考虑。,有限元模型焊点处理,轿车白车身主要覆盖件焊接而成，在建模过程中必须要处理焊点的处理方式。根据单个焊点的受力特性，在有限元模型中对焊点有多种模拟方法。,ANSYS中模态求解方法,ANSYS中对模态分析方法一共有六种：子空间法（Subspace）、Block Lanczos法、动态能量法（PowerDynamics）、缩减法（Reduced）、非对称方法（Unsymmertic）、阻尼法（Damped)等。,试验模态分析,试验模态分析是理论模态

5、分析的逆过程。 首先，试验测得激励和响应的时间历程，运用数字信号处理技术求得频响函数（传递函数）或脉冲响应函数，得到系统的非参数模型。 其次，运用参数识别方法，求得系统模态参数。 最后，如有必要进一步确定系统的物理参数。 因此试验模态分析是综合运用线性振动理论、动态测试技术、数字信号处理和参数识别等手段，进行系统辨识的过程。,试验模态测试系统,机构,激励,功放,数据采集系统,分析系统,传感器,激励,稳态正弦激励：激振功率大、信噪比高、能保证相应测试的精度，要求在稳态下测定响应和激振力的幅值比和相位差。 瞬态激振：快速正弦扫描激振、脉冲激振（简便高效）、阶跃激振（属于宽带激振，建筑结构震动中使用

6、）。 随机激振：常采用伪随机信号，既有纯随机信号的真实性，又避免了统计误差 测振传感器：惯性式测振传感器、电涡流式位移传感器、磁电式速度传感器、压电式加速度传感器,激振器,电动式激振器：主要用于对被激对象做绝缘激振，在激振时最好让激振器壳体在空间保持基本静止。当要求做高频激振时，激振器应用软弹簧悬挂起来并加上必要的配重，低频激振时，激振器刚性安装在地面或刚性很好的架子上面。 电磁式激振器：常用于非接触激振场合，特别是对回转体的激振，没有附加质量和刚度的影响。 电液式激振器：激振力大、行程大、单位力的体积小、高频特性差、适用于零点几到数百赫兹的较低频率范围、波形也比电动式激振器差，结构复杂，制造

7、精度要求也高，并需一套液压系统，成本较高。,实验方案及测试系统,支撑方式:自由支撑（工作状态为自由状态）、固定支撑（结构承受刚性约束）、原装支撑（广泛应用、最优边界模拟）。 激励方式：单点激励（最简单、最常用）、多点激励、单点分区激励。,激励点的选择： 1，激励点的位置应避开系统任一阶振型的节点、以保证采取的测点信号有较高的信噪比，避免模态遗漏。 2，激励点应选择在便于激励能量传递的位置，一般该位置的刚度应尽量大。 测点的确定： 1，基本反映车身结构轮廓 2，避开各阶振型的节点 3，能明显显示模态振型的特征 4，对于模态可能较多的局部区域可增加测点,结构动力修改,模态分析的目的是了解系统的动态

8、特性。在已知结构动态特性参数后，应该寻求改进系统动态特征的方法。 1，由于制造和设计原因，不得不对现有结构进行局部修改，如共振、局部疲劳破坏、振动噪声大等，是否可以根据目前系统来寻求结构的优化，改进系统的动态特性。 2，由于原结构动态特性不理想，需要修改，如在系统中加/减一个附件，是否可以根据目前系统推知和预测修改后系统的模态特性参数。,灵敏度分析,结构动特性灵敏度：特征参数（特征值、特征向量）对结构参数（质量、刚度、阻尼）的改变率。也就是单位结构参数的变化产生的特征参数变化量。,对于无阻尼模态系统：,Pm可以是质量或刚度等物理参数,质量增加使固有频率降低,增加对地刚度，使固有频率增加,1，对

9、某阶固有频率，该阶模态振型中变形较大的部位是敏感部位，改变这些部位的物理参数，将获得较大的固有频率的改变。 2，某部位的质量或刚度的改变，对不同阶模态的固有频率的影响程度是不同的。 3，质量的改变对高阶固有频率的影响较大，刚度改变对低阶固有频率的影响较大。,特征向量的灵敏度,某阶模态向量振型灵敏度是各阶模态矢量的线性组合。所以，需要有完备的模态振型。一般，越接近该阶模态的权重越大。 修改质量对高阶模态振型的影响大，修改刚度对低阶模态振型的影响大。 无论何种灵敏度，当修改振型较大部位的质量、刚度时，对该阶振型影响都比较大。,结构动力修改,“正问题”：当系统结构参数做修改时，根据其该变量M、K、C

10、，求修改后得系统动力特性 “反问题”：通过某些结构参数的改变，使是同的动力学特性参数，如固有频率、模态振型满足预订的要求，或避开（或落入）某个范围。,特征灵敏度法,通过灵敏度分析，已经得到了固有频率和模态振型相对于质量、刚度、阻尼的灵敏度。运用多元函数的泰勒级数展开，当修改量为销量时，并忽略二阶以上的小量。 灵敏度法仅适合结构小量修改，当修改量比较大时，可采用分成若干步，每步为小量的修改方法，提高修改得到的精度。,矩阵摄动法,参考文献,1，曹树谦，张文德，萧龙翔。震动结构模态分析，天津大学出版社，2002 2，张淮，汪凤泉。振动分析，东南大学出版社，1991 3，朱位秋。随机振动，科学出版社，1998 4，贾民平，张洪亭。测试技术，高等教育出版社，2009 5，汪成明。轿车车身模态分析及其优化，2007 6，韩晓峰，几种汽车NVH试验