ANSA在幾何清理中的應用

模態(tài)分析是研究結構動力特性一種近代方法,是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領域中的應用。模態(tài)是機械結構的固有振動特性,每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計算或試驗分析取得,這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態(tài)分析。這個分析過程如果是由有限元計算的方法取得的,則稱為計算模記分析;如果通過試驗將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號經過參數(shù)識別獲得模態(tài)參數(shù),稱為試驗模態(tài)分析。通常,模態(tài)分析都是指試驗模態(tài)分析。振動模態(tài)是彈性結構的固有的、整體的特性。如果通過模態(tài)分析方法搞清楚了結構物在某一易受影響的頻率范圍內各階主要模態(tài)的特性,就可能預言結構在此頻段內在外部或內部各種振源作用下實際振動響應。因此,模態(tài)分析是結構動態(tài)設計及設備的故障診斷的重要方法。

機器、建筑物、航天航空飛行器、船舶、汽車等的實際振動千姿百態(tài)、瞬息變化。模態(tài)分析提供了研究各種實際結構振動的一條有效途徑。首先,將結構物在靜止狀態(tài)下進行人為激振,通過測量激振力與胯動響應并進行雙通道快速傅里葉變換(FFT)分析,得到任意兩點之間的機械導納函數(shù)(傳遞函數(shù))。用模態(tài)分析理論通過對試驗導納函數(shù)的曲線擬合,識別出結構物的模態(tài)參數(shù),從而建立起結構物的模態(tài)模型。根據模態(tài)疊加原理,在已知各種載荷時間歷程的情況下,就可以預言結構物的實際振動的響應歷程或響應譜。

模態(tài)分析技術從20世紀60年代后期發(fā)展至今已趨成熟,它和有限元分析技術一起成為結構動力學的兩大支柱模態(tài)分析作為一種“逆問題”分析方法,是建立在實驗基礎上的,采用實驗與理論相結合的方法來處理工程中的振動問題。

模態(tài)分析的經典定義:將線性定常系統(tǒng)振動微分方程組中的物理坐標變換為模態(tài)坐標,使方程組解耦,成為一組以模態(tài)坐標及模態(tài)參數(shù)描述的獨立方程,以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。坐標變換的變換矩陣為模態(tài)矩陣,其每列為模態(tài)振型。

模態(tài)分析所的最終目標在是識別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù),為結構系統(tǒng)的振動特性分析、振動故障診斷和預報以及結構動力特性的優(yōu)化設計提供依據。

模態(tài)分析技術的應用可歸結為一下幾個方面:

1) 評價現(xiàn)有結構系統(tǒng)的動態(tài)特性;

2) 在新產品設計中進行結構動態(tài)特性的預估和優(yōu)化設計;

3) 診斷及預報結構系統(tǒng)的故障;

4) 控制結構的輻射噪聲;

5) 識別結構系統(tǒng)的載荷。

模態(tài)試驗時,一般希望將懸掛點選擇在振幅較小的位置,最佳懸掛點應該是某階振型的節(jié)點。

最佳激勵點視待測試的振型而定,若單階,則應選擇最大振幅點,若多階,則激勵點處各階的振幅都不小于某一值。如果是需要許多能量才能激勵的結構,可以考慮多選擇幾個激勵點。

模態(tài)試驗時測試點所得到的信息要求有盡可能高的信噪比,因此測試點不應該靠近節(jié)點。在最佳測試點位置其ADDOF(Average Driving DOF Displacement)值應該較大,一般可用EI(Effective Independance)法確定最佳測試點。

模態(tài)參數(shù)有:模態(tài)頻率、模態(tài)質量、模態(tài)向量、模態(tài)剛度和模態(tài)阻尼等。

無阻尼系統(tǒng)的各階模態(tài)稱為主模態(tài),各階模態(tài)向量所張成的空間稱為主空間,其相應的模態(tài)坐標稱為主坐標。

理想的情況下我們希望得到一個結構的完整的模態(tài)集,實際應用中這即不可能也不必要。實際上并非所有的模態(tài)對響應的貢獻都是相同的。對低頻響應來說,高階模態(tài)的影響較小。對實際結構而言,我們感興趣的往往是它的前幾階或十幾階模態(tài),更高的模態(tài)常常被舍棄。這樣盡管會造成一點誤差,但頻響函數(shù)的矩陣階數(shù)會大大減小,使工作量大為減小。這種處理方法稱為模態(tài)截斷。

按照模態(tài)參數(shù)(主要指模態(tài)頻率及模態(tài)向量)是實數(shù)還是復數(shù),模態(tài)可以分為實模態(tài)和復模態(tài)。對于無阻尼或比例阻尼振動系統(tǒng),其各點的振動相位差為零或180度,其模態(tài)系數(shù)是實數(shù),此時為實模態(tài);對于非比例阻尼振動系統(tǒng),各點除了振幅不同外相位差也不一定為零或180度,這樣模態(tài)系數(shù)就是復數(shù),即形成復模態(tài)。

1)利用有限元分析模型確定模態(tài)試驗的測量點、激勵點、支持點(懸掛點),參照計算振型隊測試模態(tài)參數(shù)進行辯識命名,尤其是對于復雜結構很重要。

2)利用試驗結果對有限元分析模型進行修改,以達到行業(yè)標準或國家標準要求。

3)利用有限元模型對試驗條件所產生的誤差進行仿真分析,如邊界條件模擬、附加質量、附加剛度所帶來的誤差及其消除。

4)兩套模型頻譜一致性和振型相關性分析。

5)利用有限元模型仿真分析解決實驗中出現(xiàn)的問題!

11.用試驗模態(tài)分析的結果怎么修正有限元分析的結果?

1)結構設計參數(shù)的修正,可用優(yōu)化方法進行。

2)子結構校正因子修正。

3)結構矩陣元素修正,包括非零元素和全元素修正兩種。

4)剛度矩陣和質量矩陣同時修正。