专注于仿真分析和振动分析
00 导读
根据线性振动力学,结构模态振型各位置的振动为同相位(相位差为0度)或者反相位(相位差为180度)。但轴对称结构的模态振型是很特殊的,需要详细研究。
01 研究背景
对轴对称结构的模态分析通常称为谐波指标周期模态分析,足见轴对称结构模态的特殊性。本文对此详细研究。
02 几何模型
圆柱体几何模型如下图所示。
03 材料模型
本文使用到的所有材料参数如下。
线弹性。
04 网格划分
网格的整体和局部如下图所示。
05 边界条件
自由模态分析,无边条件设置。
06 常规模态分析
振型(0,2)。
Mode7
Mode8
由上图可得,振型7和振型8的模态频率相同,模态振型一致(只是角度不一样)。
振型(1,2)。
Mode9
Mode10
由上图可得,振型9和振型10的模态频率相同,模态振型一致(只是角度不一样)。
振型(0,3)。
Mode11
Mode12
由上图可得,振型11和振型12的模态频率相同,模态振型一致(只是角度不一样)。
综上可得,一个模态频率会对应两个模态振型,并且两个模态振型是一致的。这种现象在振动力学中称为重根模态。对于这种特殊现象,使用谐波指标周期模态分析,将问题的特殊性能更显著的体现出来。
07 周期模态分析
选取圆柱体的五分之一模型(当然也可以十分之一,二十分之一等)。
定义局部坐标系。
定义轴对称。
划分网格。
分析设置。
振型(0,2)。
振型(1,2)。
振型(0,3)。
使用谐波指标周期模态分析,可以看到结构好像在转动一样。其实并不是结构在转动,而是轴对称结构一周的每个点的振动频率和幅值都是一样的,只是相位上存在区别,此消彼长形成了转动的视觉效果。
现在再回头看常规模态分析,一个模态频率对应两个一致的模态振型,只是角度不一样。因为结构是轴对称的,所以角度可以是任意的,周期模态分析正是如此。
如果用一句话总结轴对称结构的模态振型特点,可以描述为:轴对称结构的模态振型看起来像是保持某种变形状态而转动