模態(tài)分析的理論介紹及目的

1、模態(tài)分析理論1模態(tài)分析簡介1.1模態(tài)簡介模態(tài)是結(jié)構(gòu)固有的振動特性，每一個模態(tài)具有一個特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由分析軟件分析取得，也可以經(jīng)過試驗(yàn)計(jì)算獲得，這樣一個軟件或者試驗(yàn)分析過程稱為模態(tài)分析。這個分析結(jié)果如果是由有限元計(jì)算的方法取得的，則稱為計(jì)算模態(tài)分析；如果結(jié)果是通過試驗(yàn)將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號經(jīng)過參數(shù)識別獲得模態(tài)參數(shù)，稱為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用。1.2固有頻率簡介固有頻率是物體的一種物理特性，由它的結(jié)構(gòu)、大小、形狀等因素決定的。這種物理特征不以物體是否處于振動狀態(tài)而轉(zhuǎn)移。當(dāng)物體在多個頻率上振動

2、時會漸漸固定在某個頻率上振動，當(dāng)他受到某一頻率策動時，振幅會達(dá)到最大值，這個頻率就是物體的固有頻率。1.3振型簡介振型是指體系的一種固有的特性。它與固有頻率相對應(yīng)，即為對應(yīng)固有頻率體系自身振動的形態(tài)。每一個物體實(shí)際上都會有無窮多個固有頻率，每一階固有頻率相對應(yīng)物體相對應(yīng)的形狀改變我們稱之為振型。理論上來說振型也有無窮多個，但是由于振型階數(shù)越高，阻尼作用造成的衰減越快，所以高振型只有在振動初期才較明顯，以后則衰減。因此一般情況下僅考慮較低的幾個振型.1.4模態(tài)分析的目的模態(tài)分析技術(shù)從上世紀(jì)60年代開始發(fā)展至今，已趨于成熟。它和有限元分析技術(shù)一起，已成為結(jié)構(gòu)動力學(xué)中的兩大支柱。到目前，這一技術(shù)已經(jīng)

3、發(fā)展成為解決工程振動問題的重要手段，在機(jī)械、航空航天、土木建筑、制造化工等工程領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。我國在這一方面的研究，在理論上和應(yīng)用上都取得了很大的成果，處于世界前列。模態(tài)分析的最終目標(biāo)就是識別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動特性的分析、振動故障的診斷和檢測以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供依據(jù)。模態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用可歸結(jié)為以下幾個方面：1) 評價所求結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)特性；2) 在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)特性的預(yù)估，優(yōu)化對結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；3) 診斷及預(yù)報結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的故障；4) 識別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。在本課題中，模態(tài)分析主要的目的是就是通過軟件模擬來確定立柱原結(jié)構(gòu)和改進(jìn)過后結(jié)構(gòu)的固有頻率，通過模態(tài)分析方法得到的固有頻率是多

4、階的。其中第一階固有頻率最小，能量最大，意思就是當(dāng)外激頻率與一階頻率相近時，極易發(fā)生共振，使得立柱振幅增大，影響磨頭的加工精度和磨床的使用壽命。模態(tài)分析方法為原結(jié)構(gòu)和改進(jìn)結(jié)構(gòu)的對比提供一個依據(jù)，幫助我們改進(jìn)立柱結(jié)構(gòu)以達(dá)到對立柱最優(yōu)化的改進(jìn)目的。2常用分析軟件Abaqus介紹由于計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和數(shù)值仿真技術(shù)的快速發(fā)展，是我們能夠通過利用計(jì)算機(jī)，采用輔助軟件，研究虛擬的工程和科學(xué)問題。非線性力學(xué)問題是力學(xué)發(fā)展的前沿可以，非線性有限元是計(jì)算力學(xué)的重要組成部分之一，這些輔助的有限元計(jì)算軟件的作用，就是我們達(dá)到工程科學(xué)彼岸的工具橋梁。Abaqus是國際上最先進(jìn)的大型通用有限元計(jì)算分析軟件之一，是一套功能

5、強(qiáng)大的工程模擬有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問題。Abaqus軟件包括了一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并且擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬各種工程材料的性能，包括金屬、鋼筋混凝土、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、泡沫材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料。作為通用的模擬工具，Abaqus除了能解決大量有關(guān)結(jié)構(gòu)問題，還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問題，例如熱量傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、耦合分析、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析、壓電介質(zhì)分析等。Abaqus被廣泛地認(rèn)為是功能最強(qiáng)的有限元軟件，可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復(fù)雜的問題和模擬高度非線性問題Abaqus不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場的分析，同時還可以做系統(tǒng)級的分析和研究。Abaqus的分析特點(diǎn)相對于其他的分析軟件來說是獨(dú)一無二的。由于Abaqus優(yōu)秀的分析能力和模擬復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性使得ABAQUS被各國的工業(yè)和研究中所廣泛的采用