结构振动问题中的干模态和湿模态

本文摘要（由AI生成）：

本文探讨了模态分析中的干模态和湿模态概念，特别是湿模态在涉及液体作用的结构中的重要性。湿模态考虑了流体对结构的影响，包括附加质量和刚度矩阵。文章介绍了使用workbench中的Modal Acoustics模块和virtual lab计算耦合模态的方法，并强调了模态计算准确性对于基于模态的响应分析的重要性。

模态分析是结构动力学问题中最为普遍的一个问题，大家对这个概念也非常熟悉，它是结构的固有特性，在不考虑阻尼的影响下，只与结构的刚度和质量有直接关系。

本文所涉及的问题是有关干、湿模态的计算，属于模态问题中经常遇到的问题。通常我们所计算的模态其实是干模态，主要是由于结构放置在空气中而空气这一流体对结构的影响几乎可以忽略不计，所以基本上可以默认为就是干模态。

但是严格意义上讲，受流体附带阻尼及刚度的影响，这类的模态仍然是湿模态。所谓湿模态是考虑流体对结构的作用，也就是在通用的振动方程中加入了有关流体的附加质量及刚度矩阵（Kx、Mx），这块相互作用对结构的模态存在一定的影响，尤其是涉及诸如油、水等液体的作用。举例来讲，司马光砸缸的那口缸，在加水和不加水的情况下，砸缸的声音肯定是不一样的，一个明显清脆宽广，一个就显得沉闷。再比如我们车载的油箱结构，在加满汽油和未加满汽油的情况下，两者的模态肯定是不一样的。另外还有诸如潜艇、船舶、油罐车等结构。所以，对于受到液体作用显著的结构，我们在计算的时候需要研究其湿模态。

目前计算湿模态相对简单，可以使用workbench中的Modal Acoustics模块求解（ansys19.0，如图1所示），在求解过程中需要定义结构及流体属性，并设置它们之间存在的耦合关系（如图2所示）。

图1 Modal Acoustics模块

图2 流-固耦合面

当然除了workbench之外，使用virtual lab计算耦合模态也是非常的方便。利用耦合模态计算的方法，设置耦合面的映射关系可以实现湿模态的求解，如图3所示。

图3 耦合模态求解

模态的计算求解非常关键，尤其对于基于模态的各类响应分析，保证模态计算准确的情况下才能获得可信准确的结果，这是振动问题仿真至为重要的过程，这里简单做一个介绍，感兴趣的朋友可以检索相关文章深入学习。