Question

ANSYS 中有哪几种提取模态的方法？

Answer 1

在 ANSYS 中有以下几种提取模态的方法：

(1) Block Lanczos 法

(2) 子空间法
(3) PowerDynamics 法

(4) 减缩法

(5) 不对称法
(6) 阻尼法
使用何种模态提取方法主要取决于模型大小（相对于计算机的计算能力而言）和具体的应用场合。
(1) Block Lanczos 法
Block Lanczos 法可以在大多数场合中使用：
- 是一种功能强大的方法，当提取中型到大型模型（50,000 ~ 100,000 个自由度）的大量振型时（40+），这种方法很有效；
- 经常应用在具有实体单元或壳单元的模型中；
- 在具有或没有初始截断点时同样有效。（允许提取高于某个给定频率的振型）；
- 可以很好地处理刚体振型；
- 需要较高的内存。
(2) 子空间法
子空间法比较适合于提取类似中型到大型模型的较少的振型 （<40）
- 需要相对较少的内存；
- 实体单元和壳单元应当具有较好的单元形状，要对任何关于单元形状的警告信息予以注意；
- 在具有刚体振型时可能会出现收敛问题；
- 建议在具有约束方程时不要用此方法。
(3) PowerDynamics 法
PowerDynamics 法适用于提取很大的模型（100.000个自由度以上）的较少振型（< 20）。这种方法明显比
Block Lanczos 法或子空间法快，但是：
- 需要很大的内存；
- 当单元形状不好或出现病态矩阵时，用这种方法可能不收敛；
- 建议只将这种方法作为对大模型的一种备用方法。
注: PowerDynamics 方法
- 子空间技术使用 Power 求解器 (PCG) 和 一致质量矩阵；
- 不执行 Sturm 序列检查 (对于遗漏模态); 它可能影响多个重复频率的模型；
- 一个包含刚体模态的模型, 如果你使用 PowerDynamics 方法，必须执行 RIGID 命令 (或者在分析设置对话框中指定
RIGID 设置)。
(4) 减缩法
如果模型中的集中质量不会引起局部振动，例如象梁和杆那样，可以使用缩减法：
- 它是所有方法中最快的；
- 需要较少的内存和硬盘空间；
- 使用矩阵缩减法，即选择一组主自由度来减小[K] 和 [M] 的大小；
- 缩减[的刚度矩阵 [K] 是精确的，但缩减的质量矩阵 [M] 是近似的，近似程度取决于主自由度的数目和位置；
- 在结构抵抗弯曲能力较弱时不推荐使用此方法，如细长的梁和薄壳。
注意：选择主自由度的原则。

(5) 不对称法
不对称法适用于声学问题（具有结构藕合作用）和其它类似的具有不对称质量矩阵[M]和刚度矩阵[K] 的问题：
- 计算以复数表示的特征值和特征向量
* 实数部分就是自然频率
* 虚数部分表示稳定性，负值表示稳定，正值表示不确定
注意： 不对称方法采用 Lanczos 算法，不执行 Sturm 序列检查，所以遗漏高端频率。
(6) 阻尼法
在模态分析中一般忽略阻尼，但如果阻尼的效果比较明显，就要使用阻尼法：
- 主要用于回转体动力学中，这时陀螺阻尼应是主要的；
- 在 ANSYS 的 BEAM4 和 PIPE16单元中，可以通过定义实常数中的 SPIN（旋转速度，弧度/秒）选项来说明
陀螺效应；
- 计算以复数表示的特征值和特征向量。
* 虚数部分就是自然频率；
* 实数部分表示稳定性，负值表示稳定，正值表示不确定。
注意：
- 该方法采用 Lanczos 算法
- 不执行 Sturm 序列检查，所以遗漏高端频率
- 不同节点间存在相位差
- 响应幅值 = 实部与虚部的矢量