模态分析——研究结构动力特性

模态分析是研究结构动力特性的一种方法，一般应用在工程振动领域。其中，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。分析这些模态参数的过程称为模态分析。按计算方法，模态分析可分为计算模态分析和试验模态分析两种方法。

由有限元方法计算取得——计算模态分析；每一阶次对应一个模态，每个阶次都有自己特定的频率、阻尼、模态参数。

通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得——试验模态分析。

振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。

下面简单介绍一下在Abaqus软件中进行固有频率提取的注意事项，并通过一个简单的圆盘例子教给用户操作方法和步骤：

1）对于模态分析，需要在Property功能模块为材料定义密度参数；

2）在Step功能模块，选择线性摄动分析步下的Frequency选项（如图1所示），并设置输出模态的个数，如图2所示：

3）其他的设置和输出与其他的Abaqus分析类似，需要注意的是，在后处理模块，每个帧的结果对应的是一阶模态值。

4）图4给出了在无任何约束圆盘的自由振动下的前30阶模态值，图5给出了第9阶模态的振型。

需要注意的是：前6阶模态为0或很小，表明是刚体运动状态（平动和转动），可忽略。

在固有模态分析中，约束或边界条件的变化对振型的影响非常大，图6和图7给出了相同的圆盘，相同材料参数、相同单元密度、仅边界条件不同时的前30阶固有频率和第9阶固有阵型，供用户参考。