广东梅大高速塌方之痛：论CAE仿真的重要性！

模态是结构的固有振动特性，包含固有频率和振型。模态由结构的质量和刚度矩阵决定，结构确定的情况下，固有频率和振型也就唯一确定。当外界激励频率与结构固有频率接近时，会发生振动幅值异常放大的共振现象。Fig. 1 大桥晃动之谜：共振现象引起的诡异现象模态分析可以获取结构的固有频率和振型，进而与外载荷环境进行错频设计。模态分析具有非常广泛的实用价值，是最基本的动力学分析，也是其它动力学分析的基础。模态分析是一种线性分析，任何非线性行为均被忽略。Fig. 2 异型真空罐前6阶固有频率和振型本文以一种异型真空罐为例，介绍ANSYS Workbench的模态分析功能，详细步骤如下所述。Step 1：建立分析项目启动ANSYS Workbench，添加Analysis Systems中的Modal。Fig. 3 ANSYS Workbench模态分析项目流程图Step 2：导入几何模型右击Geomrtry导入几何模型。双击Geomrtry，进入DesignModeler界面，设置单位为mm，单击Generate显示几何体。该几何模型为抽中面获取的壳体，具体方法参见：强烈推荐｜CAE前处理：基于UG的几何模型简化方法。 Fig. 4 异型真空罐抽中面模型Step 3：设置材料属性双击EngineeringData，右击空白界面选择Engineering Data Sources，点击欲添加材料后面的“+”号，也可以根据工程需要修改材料属性。双击Model，进入Mechanical界面，单击零件名字，在下方Assignment选择材料。Fig. 5 材料属性设置Step 4：进行网格划分单击Mesh，选择Sizing，在Element Size设置参数（或设置RelevanceCenter或Relevance），然后右击Mesh，选择Generate Mesh生成网格。具体方法参见：干货 | ANSYS Workbench壳单元网格划分方法。Fig. 6 异型真空罐网格划分Step 5：模态阶数设置ANSYS Workbench模态分析的默认模态数量为6，通过Modal—>Analysis Settings —>Options—>Max Modes to Find可以修改模态数量。Fig. 7 模态阶数设置Step 6：求解与后处理右击Modal，点击Solve，求解模型。单击Solution，添加变形(total)，右击Solution选择Equivalent All Results。单击Total Deformation，查看一阶模态云图，并在右下角添加其余各阶模态云图。Fig. 8 异型真空罐第一阶固有频率和振型特别注意：(1) 自由模态分析是对处于自由边界的结构进行模态分析，即不施加任何约束和载荷，分析后前6阶固有频率为0，或很小的小数，称为刚体模态。其它各阶模态为弹性模态，一般查看7~12阶固有频率。(2) 装配体自由模态分析时，经常会得到前6阶固有频率不为0的情况，这是由于零件间默认是绑定接触+罚函数方法，会引入接触刚度导致计算误差。为了消除该误差，将接触算法Formulation调整为MPC。来源：纵横CAE