ANSA在幾何清理中的應(yīng)用

模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性一種近代方法,是系統(tǒng)辨別方法在工程振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性,每一個(gè)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(jì)算或試驗(yàn)分析取得,這樣一個(gè)計(jì)算或試驗(yàn)分析過(guò)程稱為模態(tài)分析。這個(gè)分析過(guò)程如果是由有限元計(jì)算的方法取得的,則稱為計(jì)算模記分析;如果通過(guò)試驗(yàn)將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)參數(shù)識(shí)別獲得模態(tài)參數(shù),稱為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。通常,模態(tài)分析都是指試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。振動(dòng)模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)的固有的、整體的特性。如果通過(guò)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(shí)際振動(dòng)響應(yīng)。因此,模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及設(shè)備的故障診斷的重要方法。

機(jī)器、建筑物、航天航空飛行器、船舶、汽車等的實(shí)際振動(dòng)千姿百態(tài)、瞬息變化。模態(tài)分析提供了研究各種實(shí)際結(jié)構(gòu)振動(dòng)的一條有效途徑。首先,將結(jié)構(gòu)物在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行人為激振,通過(guò)測(cè)量激振力與胯動(dòng)響應(yīng)并進(jìn)行雙通道快速傅里葉變換(FFT)分析,得到任意兩點(diǎn)之間的機(jī)械導(dǎo)納函數(shù)(傳遞函數(shù))。用模態(tài)分析理論通過(guò)對(duì)試驗(yàn)導(dǎo)納函數(shù)的曲線擬合,識(shí)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(shí)間歷程的情況下,就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)物的實(shí)際振動(dòng)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(dòng)力學(xué)的兩大支柱模態(tài)分析作為一種“逆問(wèn)題”分析方法,是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的,采用實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法來(lái)處理工程中的振動(dòng)問(wèn)題。

模態(tài)分析的經(jīng)典定義:將線性定常系統(tǒng)振動(dòng)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(dú)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(shí)別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù),為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(gè)方面:

1) 評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性;

2) 在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計(jì);

3) 診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障;

4) 控制結(jié)構(gòu)的輻射噪聲;

5) 識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。

模態(tài)試驗(yàn)時(shí),一般希望將懸掛點(diǎn)選擇在振幅較小的位置,最佳懸掛點(diǎn)應(yīng)該是某階振型的節(jié)點(diǎn)。

最佳激勵(lì)點(diǎn)視待測(cè)試的振型而定,若單階,則應(yīng)選擇最大振幅點(diǎn),若多階,則激勵(lì)點(diǎn)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(lì)的結(jié)構(gòu),可以考慮多選擇幾個(gè)激勵(lì)點(diǎn)。

模態(tài)試驗(yàn)時(shí)測(cè)試點(diǎn)所得到的信息要求有盡可能高的信噪比,因此測(cè)試點(diǎn)不應(yīng)該靠近節(jié)點(diǎn)。在最佳測(cè)試點(diǎn)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(cè)試點(diǎn)。

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(wú)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(gè)結(jié)構(gòu)的完整的模態(tài)集,實(shí)際應(yīng)用中這即不可能也不必要。實(shí)際上并非所有的模態(tài)對(duì)響應(yīng)的貢獻(xiàn)都是相同的。對(duì)低頻響應(yīng)來(lái)說(shuō),高階模態(tài)的影響較小。對(duì)實(shí)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(huì)造成一點(diǎn)誤差,但頻響函數(shù)的矩陣階數(shù)會(huì)大大減小,使工作量大為減小。這種處理方法稱為模態(tài)截?cái)唷?/span>

按照模態(tài)參數(shù)(主要指模態(tài)頻率及模態(tài)向量)是實(shí)數(shù)還是復(fù)數(shù),模態(tài)可以分為實(shí)模態(tài)和復(fù)模態(tài)。對(duì)于無(wú)阻尼或比例阻尼振動(dòng)系統(tǒng),其各點(diǎn)的振動(dòng)相位差為零或180度,其模態(tài)系數(shù)是實(shí)數(shù),此時(shí)為實(shí)模態(tài);對(duì)于非比例阻尼振動(dòng)系統(tǒng),各點(diǎn)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(yàn)的測(cè)量點(diǎn)、激勵(lì)點(diǎn)、支持點(diǎn)(懸掛點(diǎn)),參照計(jì)算振型隊(duì)測(cè)試模態(tài)參數(shù)進(jìn)行辯識(shí)命名,尤其是對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)很重要。

2)利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)有限元分析模型進(jìn)行修改,以達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3)利用有限元模型對(duì)試驗(yàn)條件所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行仿真分析,如邊界條件模擬、附加質(zhì)量、附加剛度所帶來(lái)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(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題!

11.用試驗(yàn)?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(jì)參數(shù)的修正,可用優(yōu)化方法進(jìn)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(shí)修正。