ANSA在幾何清理中的應(yīng)用

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。模態(tài)是機械結(jié)構(gòu)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(jīng)過參數(shù)識別獲得模態(tài)參數(shù),稱為試驗?zāi)B(tài)分析。通常,模態(tài)分析都是指試驗?zāi)B(tài)分析。振動模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)各階主要模態(tài)的特性,就可能預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下實際振動響應(yīng)。因此,模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計及設(shè)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(jié)構(gòu)振動的一條有效途徑。首先,將結(jié)構(gòu)物在靜止?fàn)顟B(tài)下進行人為激振,通過測量激振力與胯動響應(yīng)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(dǎo)納函數(shù)(傳遞函數(shù))。用模態(tài)分析理論通過對試驗導(dǎo)納函數(shù)的曲線擬合,識別出結(jié)構(gòu)物的模態(tài)參數(shù),從而建立起結(jié)構(gòu)物的模態(tài)模型。根據(jù)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(yù)言結(jié)構(gòu)物的實際振動的響應(yīng)歷程或響應(yīng)譜。

模態(tài)分析技術(shù)從20世紀(jì)60年代后期發(fā)展至今已趨成熟,它和有限元分析技術(shù)一起成為結(jié)構(gòu)動力學(xué)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(chǔ)上的,采用實驗與理論相結(jié)合的方法來處理工程中的振動問題。

模態(tài)分析的經(jīng)典定義:將線性定常系統(tǒng)振動微分方程組中的物理坐標(biāo)變換為模態(tài)坐標(biāo),使方程組解耦,成為一組以模態(tài)坐標(biāo)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(biāo)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(biāo)在是識別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù),為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動特性分析、振動故障診斷和預(yù)報以及結(jié)構(gòu)動力特性的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

模態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用可歸結(jié)為一下幾個方面:

1) 評價現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)特性;

2) 在新產(chǎn)品設(shè)計中進行結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計;

3) 診斷及預(yù)報結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障;

4) 控制結(jié)構(gòu)的輻射噪聲;

5) 識別結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu),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(yīng)該靠近節(jié)點。在最佳測試點位置其ADDOF(Average Driving DOF Displacement)值應(yīng)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(zhì)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(yīng)的模態(tài)坐標(biāo)稱為主坐標(biāo)。

理想的情況下我們希望得到一個結(jié)構(gòu)的完整的模態(tài)集,實際應(yīng)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(yīng)的貢獻都是相同的。對低頻響應(yīng)來說,高階模態(tài)的影響較小。對實際結(jié)構(gòu)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(fù)數(shù),模態(tài)可以分為實模態(tài)和復(fù)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(fù)數(shù),即形成復(fù)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(fù)雜結(jié)構(gòu)很重要。

2)利用試驗結(jié)果對有限元分析模型進行修改,以達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3)利用有限元模型對試驗條件所產(chǎn)生的誤差進行仿真分析,如邊界條件模擬、附加質(zhì)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(guān)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?zāi)B(tài)分析的結(jié)果怎么修正有限元分析的結(jié)果?

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的修正,可用優(yōu)化方法進行。

2)子結(jié)構(gòu)校正因子修正。

3)結(jié)構(gòu)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(zhì)量矩陣同時修正。