ANSYS Workbench模态与谐响应分析实例

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了ANSYS中振动相关问题的处理方法，包括固有频率的计算、自由振动和强迫振动的区别以及ANSYS中振动仿真案例。文章还探讨了物体在强迫振动下的分析，并展示了相关设置过程与结果。最后，文章指出ANSYS在地震中的应用仍然较为缺失，希望未来ANSYS仿真能更完善，理论和实际契合更完美。

笔者在工作过程中，参考现阶段国标对于钢结构振动计算规则，其罗列的有三种计算方法，分别对应ANSYS中静态力学，动态力学及振动学，其中笔者认为国标所用的静态力学缺乏严谨的计算说服力，静态力学往往不能分析出系统在弹性情况下出现的各种振动相关问题，而由于共振引起的工程事故不胜枚举。基于此，笔者此文章将详细说明振动在ANSYS中的仿真案例。

要了解ANSYS如何处理振动相关问题，首先需要知道的是物体的固有频率，固有频率与系统振动的初始条件无关，只与物体的固有特性有关，其中关于ANSYS是如何计算固有频率的，可以参考宋博士的相关文章，可以知道的是，ANSYS在计算固有频率时并不会根据mesh的程度密集与否进行区别。

振动往往分为2中情况，自由振动和强迫振动，其中决定性因素在于系统是否受外力影响，对于受外力影响的系统认为是强迫振动，不受外力影响的系统认为是自由振动。

建模划分网格等参数过程略

固有频率的选取：工程应用中的结构模态分析一般是取前20阶。超过20阶以上的高阶模态大多体现为结构的局部模态，无多大实际参考价值。在计算过程中，往往前6阶的固有频率尤为重要，在实际计算问题中，第1阶的固有频率的计算往往能占所有计算的80%，在不考虑时间成本，计算所需内存等情况下，可以选取尽可能多的固有频率，这样可以使得计算曲线更加平滑，准确。在ANSYS modal模块中，修改max mode to find参数即可修改需要多少固有频率的计算。

如图所示的模型中，固定其中一端，选取20阶固有频率计算。

其结果如下

20阶固有频率参数如下

本文将进一步探讨该模型在强迫振动下的分析，其中物体关于自由振动选取modal模块即可，右击solution，transfer Data to New并选取Harmonic Response，如图所示。

关于强迫振动初始条件设置如下

边界条件如下图

结果如下图

因篇幅原因，本篇文章将只展示相关设置过程与结果，不赘述其中具体设置细节，随篇将附带ANSYS文件，感兴趣的朋友可自行下载尝试。本文章分析了物体在强迫振动时的计算，以此为推广ANSYS在地震情况下的分析计算，以及地震预防进行铺垫。对于ANSYS在地震中的应用仍然较为缺失，一部分原因是在于建筑领域对于混凝土的力学计算依旧没有统一，或者说混凝土的参数选择对计算结果影响较大，不同于结构钢等材料，混凝土的破坏等等条件缺乏相关理论支持。在此，也希望未来ANSYS仿真能更完善，理论和实际契合更完美。