《ANSYS模態(tài)分析》PPT課件.ppt

結(jié)構(gòu)模態(tài)分析,以振動理論為基礎(chǔ)，以模態(tài)參數(shù)為目標(biāo)的分析方法 研究系統(tǒng)物理參數(shù)模型、模態(tài)參數(shù)模型和非參數(shù)模型的關(guān)系，并通過一定手段確定這些系統(tǒng)模型的理論及其應(yīng)用的一門學(xué)科,理論模態(tài)分析,以振動理論為基礎(chǔ)，研究激勵、系統(tǒng)、響應(yīng)三者的關(guān)系。,試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,綜合運(yùn)用線性振動理論、動態(tài)測試技術(shù)、數(shù)字信號處理和參數(shù)識別等手段，進(jìn)行系統(tǒng)識別的過程,物理參數(shù)模型,模態(tài)參數(shù)模型,非參數(shù)模型,物理參數(shù)模型,模態(tài)參數(shù)模型,非參數(shù)模型,物理參數(shù)模型 以質(zhì)量、剛度、阻尼為特征參數(shù)的數(shù)學(xué)模型 模態(tài)參數(shù)模型 以模態(tài)頻率、模態(tài)矢量（振型）和衰減系數(shù)為特征參數(shù)的數(shù)學(xué)模型和以模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼、模態(tài)矢量（留數(shù)）組成的另一類模態(tài)參數(shù)模型 非參數(shù)模型 頻響函數(shù)或傳遞函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù),理論模態(tài)分析,總而言之，模態(tài)分析方法就是以系統(tǒng)的各階主振型所對應(yīng)的模態(tài)坐標(biāo)來代替物理坐標(biāo)，使微分方程解耦，變成各個獨(dú)立的微分方程，從而求出各階模態(tài)參數(shù)，進(jìn)而求出物理參數(shù)。理論上，獲得了系統(tǒng)的各階模態(tài)即可通過線性組合得出系統(tǒng)任意激勵下的響應(yīng)。一般，選取前幾階模態(tài)進(jìn)行疊加即可達(dá)到足夠的精度。,有限元分析,有限元分析利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。有限元不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。,有限元分析流程,建立物理模型,建立有限元模型,有限元方程的形成和求解,結(jié)果解釋和顯示,修改計算參數(shù),修改有限元模型,修改物理模型,檢查評定準(zhǔn)則,結(jié)束,是,否,有限元模型建立原則,模型誤差,單元形狀誤差,邊界條件誤差,離散誤差,幾何離散誤差,物理離散誤差,計算誤差,結(jié)果誤差,保證計算精度,單元劃分設(shè)定準(zhǔn)則,控制模型規(guī)模,刪去車身中原有的小尺寸結(jié)構(gòu)，如小孔、開口、或者由工藝壓成的尺寸不大的筋和凸臺，一些小的圓角結(jié)構(gòu)，將其簡化成直角。 轎車是封閉的承載式車身，包括承載的車體骨架結(jié)構(gòu)和不以承載為目的的結(jié)構(gòu)件。車身骨架結(jié)構(gòu)由車體結(jié)構(gòu)件及覆蓋件焊接而成。主要承載零部件包括門檻、前后縱梁、頂蓋、地板、A、B、C柱、輪罩、前后懸掛固定座、行李架等。而對于一些裝飾件如汽車保險杠，用螺釘連接在白車身上的零部件如前翼子板，一些非焊接的小零件在建模中均不予考慮。,有限元模型焊點(diǎn)處理,轎車白車身主要覆蓋件焊接而成，在建模過程中必須要處理焊點(diǎn)的處理方式。根據(jù)單個焊點(diǎn)的受力特性，在有限元模型中對焊點(diǎn)有多種模擬方法。,ANSYS中模態(tài)求解方法,ANSYS中對模態(tài)分析方法一共有六種：子空間法（Subspace）、Block Lanczos法、動態(tài)能量法（PowerDynamics）、縮減法（Reduced）、非對稱方法（Unsymmertic）、阻尼法（Damped)等。,試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是理論模態(tài)分析的逆過程。 首先，試驗(yàn)測得激勵和響應(yīng)的時間歷程，運(yùn)用數(shù)字信號處理技術(shù)求得頻響函數(shù)（傳遞函數(shù)）或脈沖響應(yīng)函數(shù)，得到系統(tǒng)的非參數(shù)模型。 其次，運(yùn)用參數(shù)識別方法，求得系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)。 最后，如有必要進(jìn)一步確定系統(tǒng)的物理參數(shù)。 因此試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是綜合運(yùn)用線性振動理論、動態(tài)測試技術(shù)、數(shù)字信號處理和參數(shù)識別等手段，進(jìn)行系統(tǒng)辨識的過程。,試驗(yàn)?zāi)B(tài)測試系統(tǒng),機(jī)構(gòu),激勵,功放,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),分析系統(tǒng),傳感器,激勵,穩(wěn)態(tài)正弦激勵：激振功率大、信噪比高、能保證相應(yīng)測試的精度，要求在穩(wěn)態(tài)下測定響應(yīng)和激振力的幅值比和相位差。 瞬態(tài)激振：快速正弦掃描激振、脈沖激振（簡便高效）、階躍激振（屬于寬帶激振，建筑結(jié)構(gòu)震動中使用）。 隨機(jī)激振：常采用偽隨機(jī)信號，既有純隨機(jī)信號的真實(shí)性，又避免了統(tǒng)計誤差 測振傳感器：慣性式測振傳感器、電渦流式位移傳感器、磁電式速度傳感器、壓電式加速度傳感器,激振器,電動式激振器：主要用于對被激對象做絕緣激振，在激振時最好讓激振器殼體在空間保持基本靜止。當(dāng)要求做高頻激振時，激振器應(yīng)用軟彈簧懸掛起來并加上必要的配重，低頻激振時，激振器剛性安裝在地面或剛性很好的架子上面。 電磁式激振器：常用于非接觸激振場合，特別是對回轉(zhuǎn)體的激振，沒有附加質(zhì)量和剛度的影響。 電液式激振器：激振力大、行程大、單位力的體積小、高頻特性差、適用于零點(diǎn)幾到數(shù)百赫茲的較低頻率范圍、波形也比電動式激振器差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求也高，并需一套液壓系統(tǒng)，成本較高。,實(shí)驗(yàn)方案及測試系統(tǒng),支撐方式:自由支撐（工作狀態(tài)為自由狀態(tài)）、固定支撐（結(jié)構(gòu)承受剛性約束）、原裝支撐（廣泛應(yīng)用、最優(yōu)邊界模擬）。 激勵方式：單點(diǎn)激勵（最簡單、最常用）、多點(diǎn)激勵、單點(diǎn)分區(qū)激勵。,激勵點(diǎn)的選擇： 1，激勵點(diǎn)的位置應(yīng)避開系統(tǒng)任一階振型的節(jié)點(diǎn)、以保證采取的測點(diǎn)信號有較高的信噪比，避免模態(tài)遺漏。 2，激勵點(diǎn)應(yīng)選擇在便于激勵能量傳遞的位置，一般該位置的剛度應(yīng)盡量大。 測點(diǎn)的確定： 1，基本反映車身結(jié)構(gòu)輪廓 2，避開各階振型的節(jié)點(diǎn) 3，能明顯顯示模態(tài)振型的特征 4，對于模態(tài)可能較多的局部區(qū)域可增加測點(diǎn),結(jié)構(gòu)動力修改,模態(tài)分析的目的是了解系統(tǒng)的動態(tài)特性。在已知結(jié)構(gòu)動態(tài)特性參數(shù)后，應(yīng)該尋求改進(jìn)系統(tǒng)動態(tài)特征的方法。 1，由于制造和設(shè)計原因，不得不對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部修改，如共振、局部疲勞破壞、振動噪聲大等，是否可以根據(jù)目前系統(tǒng)來尋求結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，改進(jìn)系統(tǒng)的動態(tài)特性。 2，由于原結(jié)構(gòu)動態(tài)特性不理想，需要修改，如在系統(tǒng)中加/減一個附件，是否可以根據(jù)目前系統(tǒng)推知和預(yù)測修改后系統(tǒng)的模態(tài)特性參數(shù)。,靈敏度分析,結(jié)構(gòu)動特性靈敏度：特征參數(shù)（特征值、特征向量）對結(jié)構(gòu)參數(shù)（質(zhì)量、剛度、阻尼）的改變率。也就是單位結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化產(chǎn)生的特征參數(shù)變化量。,對于無阻尼模態(tài)系統(tǒng)：,Pm可以是質(zhì)量或剛度等物理參數(shù),質(zhì)量增加使固有頻率降低,增加對地剛度，使固有頻率增加,1，對某階固有頻率，該階模態(tài)振型中變形較大的部位是敏感部位，改變這些部位的物理參數(shù)，將獲得較大的固有頻率的改變。 2，某部位的質(zhì)量或剛度的改變，對不同階模態(tài)的固有頻率的影響程度是不同的。 3，質(zhì)量的改變對高階固有頻率的影響較大，剛度改變對低階固有頻率的影響較大。,特征向量的靈敏度,某階模態(tài)向量振型靈敏度是各階模態(tài)矢量的線性組合。所以，需要有完備的模態(tài)振型。一般，越接近該階模態(tài)的權(quán)重越大。 修改質(zhì)量對高階模態(tài)振型的影響大，修改剛度對低階模態(tài)振型的影響大。 無論何種靈敏度，當(dāng)修改振型較大部位的質(zhì)量、剛度時，對該階振型影響都比較大。,結(jié)構(gòu)動力修改,“正問題”：當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)做修改時，根據(jù)其該變量M、K、C，求修改后得系統(tǒng)動力特性 “反問題”：通過某些結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變，使是同的動力學(xué)特性參數(shù)，如固有頻率、模態(tài)振型滿足預(yù)訂的要求，或避開（或落入）某個范圍。,特征靈敏度法,通過靈敏度分析，已經(jīng)得到了固有頻率和模態(tài)振型相對于質(zhì)量、剛度、阻尼的靈敏度。運(yùn)用多元函數(shù)的泰勒級數(shù)展開，當(dāng)修改量為銷量時，并忽略二階以上的小量。 靈敏度法僅適合結(jié)構(gòu)小量修改，當(dāng)修改量比較大時，可采用分成若干步，每步為小量的修改方法，提高修改得到的精度。,矩陣攝動法,參考文獻(xiàn),1，曹樹謙，張文德，蕭龍翔。震動結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，天津大學(xué)出版社，2002 2，張淮，汪鳳泉。振動分析，東南大學(xué)出版社，1991 3，朱位秋。隨機(jī)振動，科學(xué)出版社，1998 4，賈民平，張洪亭。測試技術(shù)，高等教育出版社，2009 5，汪成明。轎車車身模態(tài)分析及其優(yōu)化，2007 6，韓曉峰，幾種汽車NVH試驗(yàn)