模态分析是计算结构振动特性的数值技术,可以获得结构的固有频率和振型。模态分析是最基本的动力学分析,也是响应谱分析、随机振动分析、谐响应分析等动力学分析的基础。下面介绍下在ANSYS Workbench中进行模态分析的基本流程。

1、前处理

首先在Analysis System中创建Modal模态分析项目，并编辑材料属性。模态分析中材料的弹性模量、泊松比和密度都是必须要定义的。

创建或导入几何模型，进入Mechanical模块设置材料属性、划分有限元网格，如果有边界条件则施加边界条件。模态分析可以为没有边界条件的自由模态分析。本例所使用模型为一个钢管，一端固定，如下所示。

在Analysis Settings中进行模态分析参数设置。在Max Modes to find中设置模态求解阶数，在Solver Type中设置模态求解算法，有Program Controlled、Direct、Iterative、Unsymmetric、Supernode、Subspace六种算法可供选择。在Output Controls中还可以设置是否输出应力、应变等。

设置完成后在modal上右击solve求解，求解完成后即可查看各阶模态的频率大小，并可以查看每阶的振型。下图所示为前10阶模态的频率和第8阶模态的振型。

下图所示为无约束状态下的自由模态分析结果，无约束状态下前六阶振型为沿X、Y、Z的平移和旋转刚体运动，因此前六阶模态频率为0（或一个非常小的数值）。