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有限元分析丨模态分析参数

2月前浏览1828


1 问题来源

首先看一下,摘抄内容:

原文对RATIO解释是i阶模态参与系数与1阶模态参与系数比值

网友XPS表示段内容和周炬老师书中内容不符

翻开,《ANSYS  Workbench  有限元分析实例详解-动力学》P34页。

根据图2-2-7中,1阶模态参与系数为31.393,4阶模态参与系数为49.013,6阶模态参与系数为-5.2744。RATIO是模态参与系数另一种表达形式,4阶模态参与因子最大为49.013,RATIO=1,那么6阶模态参与因子为-5.2744对应的RATIO=0.107612是对的。与Workbench求解结果一致。

2 问题出处

问题来了,我的笔记中是从哪里抄来的

翻开,王新敏《ANSYS结构动力分析与应用》P13

并且,还在另外一本书中找到相似表达。

再翻开,汤晖《ANSYS WORKBENCH结构有限元分析详解》P264。

RATIO作为模态参与因子的另一种表达形式。

王新敏老师书中对RATIO解释存在问题,而我在并没有认真思考,直接摘抄分享,给读者带来的困扰,表示歉意

3 模态分析参数解释

重新看一下模态分析求解中Solution中关于模态系数的解释。

(1)PARTIC.FACTOR

Participation Factor of Mode即模态参与因子。

用于表示第i阶模态在每个方向上的质量参与程度,一个方向上的数值较高,表示该模态更容易被该方向上的激励所激发

模态分析振型描述中,这句话特别重要

(2)Ratio

最大模态参与系数定义为1,其他阶RATIO为该阶模态参与系数与最大模态参与系数的比值。

详见上文。

(3)Effective Mass

模态的有效质量为模态参与系数的平方。

理想情况下,各方向的有效质量之和等于结构的总质量,但实际情况是依赖于所提取模态阶数

Wokrbench中默认模态阶数为6,可能求解60阶也依然无法实现有效质量之和等于结构总质量,一般不用这个指标评价模态分析求解阶数。

(4)Ratio Eff.Mass To Total Mass

有效质量之和与总体质量的比值可用于评价是否提取了足够阶数。

这个指标非常重要,模态求解阶数主要用该指标评价。

这里直接引用周炬老师书中4.2节内容:

“模态求解阶数直接关系模态有效质量与总质量之比。在响应谱分析等采用模态叠加法求解动力学的分析(谐响应、随机振动、瞬态)中,该比值直接关系求解精度,因此在进行响应谱分析过程中,必须先查看模态分析中的该项结果。

特别对于三维实体模型的响应谱分析,更不能随意定义阶数,由于三维模型在自由度上表现得更加丰富,稍微复杂的模型就需要上百阶模态才能保证该比值达到0.85以上,因此在模态分析中随意定义阶数是错误的。另外由于模态分析存在6个方向的结果,所以一般来说,最好在6个方向上该比值均大于0.85。有时这是非常困难的事情,因为阶数提高意味着计算所需时间非常长、存盘文件非常庞大,所以可以针对主要激励方向,重点保证此方向的该比值。”

补充一句,如果计算资源有限,可以适当放宽要求。

写到这里并不直观,举例说明一下如何解释solution求解结果。

图中所示为某结构20阶分析结果,可以看到在ROTZ方向,二阶模态参与因子为404.75,Ratio值定义为1。

有效质量与总体质量的比值之和为0.845。

(5)Cumulative Mass Fraction

即累加质量因子,累加前n阶有效质量之和与总质量之比。

4 模态分析结论如何表述

随意找了一篇期刊小论文看一下,进行模态分析后,分析结果要怎么写。


注:截图文章来源:《双轴转台转配体的模态》

图中文章模态分析结论表述清晰,有朋友多次问我截图中表2振型是怎样得到的。

靠模态分析出来的云图进行描述?

如果是一个简支梁可以看出来,但是复杂装配体完全是看不出的。

这里需要用到模态分析参数中的模态参与系数/比值进行描述。

Solution求解Output输出类型选择Participation Factor Summary,清晰看到模态分析结果。

根据图中分析结果,描述模态振型。

把Participation Factor转成Ratio后,评价更直观。

一阶模态振型:TY/RX(结构受到Y平动/绕X轴转动激励时模态振型最容易被激发)

一阶模态振型云图动图也是(TY/RX)

5 小结

对机械结构设计来说,模态分析十分重要!特别重要!不是截个云图就那么简单,当然也不是解耦动力学方程那么复杂。

希望此文对你有一定帮助!

参考文献:

  1. 周炬《ANSYS  Workbench  有限元分析实例详解-动力学》

  2. 王新敏《ANSYS结构动力分析与应用》

  3. 汤晖《ANSYS WORKBENCH结构有限元分析详解》

  4. 尚晓江《ANSYS Workbench结构分析理论详解与高级应用》

来源:认真的假装VS假装的认真
ACTWorkbench振动UM理论ANSYS装配
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首次发布时间:2024-09-06
最近编辑:2月前
Shmily89
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