从网上找个例子再熟悉下模态分析的基本流程以及一些基本选项。发射简化的立方星(也有说细胞卫星)的时候,它放在一个盒子里面,大概就是下面这样的,实际是非常复杂的。其盒子主体结构由6061-T6铝构成(假设的材料),里面用两个简单的矩形块和一个圆柱代表飞行计算以及控制系统啥的。
、Small Box (Density = 900 kg/m^3)、Cylinder (Density = 1200 kg/m^3)
材料指定
接触连接
这个盒子是放置到一个发射装置上,四条腿是要对其加速度方向,即正指天空,因此不允许它有侧向位移。盒子设计为弹性加载系统,考虑上升过程中在竖直方向上存在少许移动,因此顶面释放竖直方向自由度,加载如下:
底面固定支撑
有时候你选择完了对象可能一不留神就松动键盘或者点鼠标就变了,建议使用线框模式,如上图所示。可以时刻确认选择的对象是否正确
顶面释放竖直自由度
使用位移约束,释放数值自由度,如上图所示。
计算结果
前六阶频率如上表所示,可见没有刚体模态。如果存在着刚体模态,则低阶频率为0或者接近为0。
在静力学里面,要求所有几何位置是确定的,避免产生刚体位移,要不无法计算。在模态分析里面却没有这个要求,边界条件应该按照实际情况加载。静力学如果遇到缺少约束无法计算时,书上建议我们做一个模态分析,查看对应的刚体模态来确定何处少了需要的边界。
这是静力学的应用,实际上在很多地方都可以用。比方说,有几百个,甚至是上千个零件需要合理的连接到一起。对于这样关系很复杂的,可以通过模态分析来检查模型的连接是否可靠。对于无约束的几何体,存在着六阶刚体模态,所以如果装配中超过六阶刚体模态,必定存在着连接不可靠的问题,并且可以趁机找到约束不足的位置。
有时候上图这样的选项特别多,导致每次找选项很麻烦,所以如果我只想关注结果的选项,采用上面的方法可以过滤掉不需要的部分。按照上次的插件查看各个方向有效质量的占比情况,显然任意一个方向都是不够的,但是这里只是为了进一步熟悉流程,因此并不进一步计算。
查看上升方向的模态。由插件查看上升方向主要由哪一阶为主,如下图所示:
上图显示,在上升方向上,二阶占主导地位。上部顶端中心连接区域形变高于四周区域,这显然是符合实际的。
模态分析主要是为了获得系统的振动特性参数,诸如固有频率、模态以及振型参与系数等,同样也是线性动力学的根基。如谐响应分析,可以基于模态叠加法来计算系统的动力响应。可我始终不明白,为什么可以基于振型叠加计算动力学响应?也就是说,一个确确实实的激励作用下产生的响应,居然活生生的用这个系统可能的振动形式叠加出来了,感觉很神奇,因为精度在工程上可接受。
这张图说了振型参与系数的作用,用来计算模态系数的,至于上面说的模态组合方法,即采用何种方法叠加模态,一般书上面都有的啥CQC、SRSS之类的。至于模态为何可以叠加,这其实要从力学的角度去找答案,而有限元仿真书籍在动力学这一块普遍缺少力学理论的阐述。对此心中已有方向,慢慢总结。
为什么低阶模态各个软件计算相差无几,而高阶却很不一样?为什么线性动力学的响应仅由有限个数的低阶模态可以近似表达,高阶呢?计算响应,诸如应力应变(动力学响应)为什么需要较多的模态阶数才能比较好的近似解?动力学里面的单元或者网格,相比较静力学有什么不一样,为什么不一样?....