（探讨）ansys在进行模态分析时，对整个机械系统的处理方法？

wsjxaut

接触面之间的处理是做结构分析这个行当一直以来的一个困难。
最早是把结构作为一个整体考虑，没有接触面。现在比较通用的做法是把接触面用弹簧等效。弹簧的刚度根据试验或者经验确定。因为刚度是线性的，可以求模态。这样做看起来比不考虑接触，把结构看成一体的处理方法看起来要好一些，但是仍然不能反映接触的性质。比较符合实际的是采用非线性弹簧或者接触单元，但是刚度不再是线性，传统的模态分析是基于线性模型的，对非线性结构模型是求不出来的，由于这种问题在工程中普遍存在，所以很多人在研究非线性结构的模态分析技术。我们的非线性模态分析求解器NLMA就是专门干这个的。

原帖由 zkuihua 于 2006-9-1 10:50 发表
如果利用ansys中的模态分析，对一个包含几个实体的机械系统进行分析，不同实体之间的接触面该如何处理，因为在ansys中的模态分析不支持非线性。请版内同仁发表自己的观点！

[ 本帖最后由 wsjxaut 于 2006-10-4 01:01 编辑 ]

wsjxaut

NASTRAN的非线性模态分析也是预应力的模态分析：先算非线性的静态模型，然后把非线性因素产生的附加刚度考虑进去，在不考虑非线性因素的情况下用通常的线性模态的提取技术获得模态。对于模态分析这一步，模型是线性的，大约是因为在一定程度上考虑了非线性的因素，所以称为非线性模态，真正的非线性分析其实只是前面静态分析这一步是非线性的（当然也可以是线性的）。这还不是真正意义上的非线性模态。其它的一些软件，如ALGOR和ADINA说的非线性模态也都跟NASTRAN相同，MARC可以这么做，但是没有明确说这个叫非线性模态，ANSYS把这种分析叫预应力的模态分析，也没叫非线性模态分析。这种方法正如ADINA帮助里说的，只是在非线性程度非常小的情况下才可以使用（感觉就是废话）。
下面是一个关于NASTRAN非线性能力的介绍，里面专门强调其非线性模态是指预应力结构，比较诚实，呵呵：

发信人: bergkamp (至尊玉), 信区: Civil
标 题: MSC.Nastran for Windows简介(4)
发信站: 飘渺水云间 (Tue Apr 9 23:45:07 2002), 转信

四、非线性分析（Nonlinear Analysis）
非线性模块是MSC.NASTRAN for Windows的一个可选择模块，能使你对结构的非线
性特性进行分析。 结构中的非线性特性是由于材料的非线性，大应变以及（由接
触而引起的）边界条件的变化。所有这些特性对结构的部件或整个系统都有巨大的
影响。非线性分析包括静态和瞬态的非线性分析。


什麽是非线性分析？

绝大多数的物理现象都有非线性效应。分析人员经常用线性关系简化地建立模型。
但有的时候，这种简化是不合适的。

非线性效应由于以下情况产生：

非线性材料
大变形
接触
MSC.NASTRAN for Windows也可以解决随时间变化（瞬态）的非线性问题。


在非线性分析中，MSC/NASTRAN用非线性单元或材料特性来表达这些特性。要得到
非线性解，经常需要一些特殊技术。MSC/NASTRAN for Windows的用户界面使得生
成和设定这些特性并进而获得非线性解更加容易。

材料非线性特性

塑性（小应变）
Von Miss和Tresca屈服准则
Mohr-Coulmb和Drucker-Prager屈服准则
各向同性，运动和组合硬化
双线性或多点应力-应变曲线
大应变的超弹性材料
小应变的非线弹性
热弹性
粘弹性（蠕变）
粘弹性与塑性的组合
几何非线性特性

大位移和大转动（更新的Lagrangian）
大应变（超弹性材料的总体Lagrangian）
跳跃（snap-through）分析
追随力
位移控制
非线性边界条件

结构-结构接触（滑移线）
缝隙的开合，有无摩擦
强迫变形
非线性分析再启动

非线性曲屈
非线性模态分析（预应力结构）
自动求解方法

可选择的BFGS法和线性搜索法
自适应二分法和载荷增量的恢复
载荷与位移的控制法
组合法（弧长法，Crisfield,Riks法和修正的Riks法）
自适应弧长法
路径反转的自适应校正
卸载的刚度更新
自适应间隙单元
隐式的Newmark-Beta时间步长积分
自动二分法和自动刚度更新的自适应时间步长
容易的线性分析至非线性分析的转换

仅在线性模型上填加一些非线性特性
输入与输出的格式与线性分析类似
有效的数值求解过程

稀疏矩阵求解器可提高计算速度，有效利用磁盘空间
自适应的刚度更新


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(oo) (o-) (@@) (xx) (--) ( ) (OO)
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bug bug bug/w dead bug blind bug after
winking hangover bug sleeping bug seeing a
female bug

※ 来源:·飘渺水云间 Freecity.dhs.org·[FROM: bergkamp]

[ 本帖最后由 wsjxaut 于 2006-10-4 00:59 编辑 ]

wsjxaut

预应力模态分析的原理（如果静态分析是非线性的话，就是现在常用的一些软件所说的非线性模态分析的原理），傲雪的一个帖子里说的比较明白一点：

〖讨论〗结构预应力改变结构刚性问题 zz

2006-10-07　22:26:19

大中小
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旋转叶片会使叶片刚性增加，从而是结构模态发生改变，请问大虾该现象怎么样由力学基础理论来分析，进而怎么样从ansys算得负载时的模态？是不是先做一次预分析，加上pstres,on命令，然后再作模态分析？


普通模态分析的动力学方程为M*a+K*x=0，在这个方程中第一项是惯性力，第二项是由于叶片振动时偏离平衡位置的应力产生的回复力（叶片内力）。这两个力是平衡的。
当叶片旋转时，在叶身内产生离心力，其方向与叶片的径向相同。而叶片振动一般是弯曲型的，其运动方向是横向的与径向垂直，两者正交。对于线性小变形理论，径向的力应该不会对横向变形有影响。
但这只是小变形理论的一个假设。在叶片振动时由于偏离平衡位置一段距离x，径向的离心力与此距离的乘积会形成一个力矩，其作用与叶片的内力相同，使结构回到平衡位置。力矩的大小也与变形x成正比，可以表示成Ks*x。这时的动力学方程表示为：M*a+（K+Ks）*x=0，其中的Ks称为初应力矩阵。
由此可见由于初应力矩阵的影响使结构的刚度增加，因此其振动频率也会增加。
还可以举一个更简单的例子来说明：当我们弹动琴弦时，会由于振动发出声音。如果将弦拉紧，则弦的振动频率就会升高，音调就会高一些。由于拉紧力“加速”了弦回复到平衡位置的速度。
ANSYS在分析这类问题时，先加离心力进行静力分析，但分析时要将预应力选项打开以形成初应力矩阵，然后再进行模态分析。其他的有限元软件也是这么做的。
有许多讲振动方面的教材都讲过这个问题。比如我上研究生时的教材，西交大倪振华的《振动力学》 ，在梁的振动一章中就有这方面的内容。

http://www.aoxue.org/cgi-bin/bbs ... 3838&h=1#571575

[ 本帖最后由 wsjxaut 于 2006-10-8 23:28 编辑 ]

wsjxaut

非线性的模态分析软件NLMA简介

　　传统的模态分析技术是基于线性模型的线性模态分析。通常情况下，机器是有若干个零件构成的，零件与零件之间通过各种方式联接起来，接触是零件联接的基本特征。在力学分析中，零件间的接触状态跟载荷有关，表现出强烈的非线性。机器工作过程中产生的振动也表现出非线性特征。传统的模态分析技术无法有效地处理这种机器的非线性振动的模态问题。为此，人们采取了很多近似的分析方法。首先，可以不考虑零件间的接触特性，将若干个零件视为一体，这个时候，问题变为线性，可以采用传统的模态分析技术获得机器整机的振动模态。其次，可以将零件间的联接简化成线性弹簧，弹簧的刚度由联接刚度决定。这样，问题也变成线性的，可以采用传统的模态分析技术获得机器的整机模态。第三，比较理想的情况是把零件之间的联接特性用非线性的弹簧来反映，但是这个时候没办法采用线性的模态分析技术获得机器整机的模态。此外，还有一种做模态分析的方法，就是在考虑接触特性的情况下做一次静态非线性分析，获得在静态载荷作用下的结构应力，然后把得到的应力以附加刚度的形式叠加到机器刚度上，最后在不考虑接触的条件下对这种具有附加刚度的机器结构做线性模态分析，获得机器的整机模态。该方法在一定程度上考虑了接触特性对模态的影响，但是对机器整机模态的处理仍然是不全面的，仍然是线性模态，并不能反映模态的非线性特征，如模态的时变特征和瞬态载荷对模态的影响。该方法是目前在商业软件中进行非线性模态分析采用的主流方法。
　　NLMA是基于全新的非线性模态分析技术编写的第一个真正意义上的非线性模态分析软件。NLMA的基础是非线性模态分析技术，能够充分考虑非线性模态的特征，甚至可以用作非线性模态特征的分析工具应用于非线性模态的分析研究中。NLMA目前利用ANSYS软件完成前后处理，即模型的建立是在ANSYS的前处理器中完成并将模型数据提交给NLMA，NLMA的计算结果则由ANSYS的后处理器读入并完成阵型的显示。
　　NLMA可以用于包含接触的机器整机动态性能分析中，完成机器整机的非线性模态分析，可以帮助用户分析机器的振动模态与动态载荷之间的关系，工作条件下机器的振动模态与时间的变化关系。由于NLMA是基于非线性的模态分析技术，因此模态分析的范围并不仅限于接触问题的模态分析，也可以完成其它类型的非线性模态分析，如大位移、塑性等类型的非线性问题的模态分析。在这方面一个典型的应用是多关节机械手在大位移运动过程中的非线性模态分析。此外，NLMA也可以用作一种研究非线性模态问题的数值分析工具，帮助了解非线性模态的特点和性质。

关键词：非线性模态 接触模态 有限元 NLMA ANSYS

KEYWORD: Nonlinear modal, Contact modal, Finite element, NLMA, ANSYS

[ 本帖最后由 wsjxaut 于 2006-10-12 12:37 编辑 ]

wsjxaut

simwe把那几个例子的链接关了，给个另外的链接：

三个算例：

http://forum.vibunion.com/thread-147939-1-1.html

http://forum.vibunion.com/thread-147940-1-1.html

http://forum.vibunion.com/thread-147941-1-1.html


软件的介绍：

http://forum.vibunion.com/thread-147942-1-1.html

vehicle

谢谢！

lihuixun

对于多个系统的模态分析，ansys中可以采用耦合的方法把各个系统连接起来。

wsjxaut

耦合跟接触完全不是一回事。

spgfjwq

值得探索的问题，支持

wsjxaut

NLMA能很好地处理这个问题。

原帖由 soul27 于 2006-9-11 16:53 发表
如果子系统之间有力耦合应该怎么办？
比如齿轮转子系统

[ 本帖最后由 wsjxaut 于 2006-11-2 23:47 编辑 ]

wsjxaut

访问量居然都超过1000了，顶一下。

liuying_neu

久仰老师的大名了！！！！

hanfeifei

帖子要沉啊，赶紧顶下，大名鼎鼎的王世军老师啊，讲的比较有见地。

qhdhfcy

王老师见多识广，佩服

ejun9985

这个教研室主任太厉害了！！理论基础那么扎实，我猜应该是个大学老师！！是不是？？是不是？？？嘿嘿