SolidWorks频率分析(模态)

SolidWorks频率分析

频率分析(模态分析)长沙凯士达信息技术开发有限公司 CAE工程师：谢莉

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SolidWorks频率分析

学习要点

频率分析的相关知识 案例分析

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频率分析的相关知识

什么是振动 固有频率 固有振动模态 共振

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频率分析的相关知识

什么是振动？– 钟摆和秋千的摆动，是我们身边最典型的振动现象。 – 乐器的弦振动而发出声音。 – 小提琴用弓拉弦，吉他用手指或拨片拨弦，在钢琴上敲击琴键则小锤 打击琴弦而使琴弦振动起来。 – 洗衣机在脱水时也会突突突地产生很大的振动现象。 – 按摩机是机械的振动，地震则是大地的振动。 – 如果在不平整的地上或公路上开车的话，也会感到让人心情变坏的烦 人的振动。

为便于理解振动现象，我们从了解固有频率(固有周期),固有模态， 固有频率(固有周期),固有模态， 固有频率 ),固有模态 共振等表示振动特有现象的术语开始 共振

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频率分析的相关知识

固有频率(以钟摆为例)– 摆动钟摆，则钟摆以一定的周期和一定的频率有规律地振动起来了。 – 振动的幅度(振幅)大也好小也好，周期和频率总是一定的。振幅： 振幅：大 振幅： 振幅：小

– 振动频率 振动频率：是单位时间里摆动的次数。 – 1秒钟内的次数用Hz(赫兹)来表示。 – 周期：摆动1次所需要的时间。 周期 – 钟摆的形状(长度)决定了其固有的数值。 – 钟摆越长周期越长，钟摆越短周期越短。

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频率分析的相关知识

固有频率(以钟摆为例)– 钟摆的振动所经过的时间越来越小，最后停了下来。 – 这是因为空气的阻碍、磨擦的阻碍等的阻力妨碍了钟摆的摆动(振 动)。 – 因为这样的阻力作用使振动衰减的力而起作用，被称为衰减力。 – 钟摆在没有外部而来的强迫它摆动的力(重力除外)作用下的振动称 为自由振动。 – 与此相对应，地震和汽车因为地基能、发动机等的强迫力作用下的振 动称为强迫振动。

任何结构都具有其固有频率(固有周期),其值由其本身的结构所决定 任何结构都具有其固有频率(固有周期),其值由其本身的结构所决定 ), 自由振动是一种无衰减力的振动状态，它将永远不停地振动下去。 自由振动是一种无衰减力的振动状态，它将永远不停地振动下去。

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频率分析的相关知识

静力分析中，节点位移是主要的未知量。[K]d=F中[K]为刚度 矩阵，d为节点位移的未知量，而F为节点载荷的已知量。 在动

力学分析中，增加阻尼矩阵[C]和质量矩阵[M]

上式为典型的在有阻尼的交迫振动方程。当缺少阻尼及外力时，该缺少 阻尼及外力时(自由振动),该方程式简化为

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固有振动模态(以弦的振动为例)– 两端被固定住的弦，以手指弹一下张紧的弦，弦则振动起来，振动在 空气中传播发出声音。弦以下图所示的各个振动形式所对应的状态， 振动起来。这种振动形式称为弦的固有模态。固有振动形态 名称 1阶振动

2阶振动 3阶振动

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频率分析的相关知识

固有振动模态(以弦的振动为例)– 固有模态和固有频率是一一对应的。对于1阶固有模态，就有以1阶固 有频率振动的振动形式，对于2阶固有模态则有2阶频率振动的振动形 式。 – 象这样所定的频率和振动模态组合起来则存在着1阶、2阶、3阶……等 多个振动形式。

要点：振动的形式(振形)称为振动模态。 要点：振动的形式(振形)称为振动模态。 一般从低频开始，称为1阶 固有频率， 一般从低频开始，称为 阶、2阶、3阶……固有频率，并且具 阶 阶……固有频率 有与各个固有频率对应的振动模态。 有与各个固有频率对应的振动模态。

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共振(以荡秋千为例)– 荡得好的人荡几下马上就能荡得很高 – 这是因为与秋千摆动的节拍和时间配合起来的原因。 – 换句话说，与秋千的固有频率(固有周期)相配合，这种状况，称为 共振。 – 共振，对于机械和结构一般是应该要避免的一种现象。

要点：振动外力的周期和结构固有周期一致或接近则要发生共振。 要点：振动外力的周期和结构固有周期一致或接近则要发生共振。 共振因为会使振动变得越来越强，一般应该避免。 共振因为会使振动变得越来越强，一般应该避免。

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频率分析的相关知识

设计就要避免出现共振现象– 洗衣机脱水结束，马达的转速低下来时，停止前发出突突的响声并晃 动起来。 – 这是洗衣机的固有频率和马达的转速一致时产生的共振现象。 – 要把脱水时马达的转速设计成洗衣机的1阶固有频率以上。从而，在脱 水过程中不会产生共振现象。 – 洗衣机的马达的转速直到停止前与它的固有频率相一致，产生共振， 发出突突声音。此后，因为很短时间即停止，洗衣机不会损坏。

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设计就要避免出现共振现象

共振产生时的条件有以下两条： 共振产生时的条件有以下两条： 激振

力的周期(频率)和物体的固有周期(固有频率) 激振力的周期(频率)和物体的固有周期(固有频率)相一致或接近 激振力的持续时间长到使物体振动以充分发展的时间

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频率分析就是计算结构的共振频率及对应振动模态，不计 算位移和应力 固有频率：结构趋向于振荡的频率，固有的振动频率。– 基本频率：最低的固有频率

固有振动模态：特定的固有频率对应唯一的振动形式。– 每种模态对应着特定的固有频率

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频率分析的相关知识

设计产品时，应保证产品的固有频率不与激励频率相吻合。 一般可将其固有频率设计成远离激振频率10~20%以上。 为了改变结构的固有频率在危险范围外，可通过改变产品 的几何结构、材料、避震特性或在适当的地方添加质量单 元。– 对于结构的固有频率，如果结构变刚，则频率高，如果变柔，则频 率低。 – 另外，振动部件的重量重，则频率变低，重量轻，频率变高。 – 结构要变刚，即提高结构的刚性，可以加厚构件，可以加入补强材。 – 结构要变柔，也即进行结构变刚那样反过来设计，则可以用弹簧来 支承。对于汽车或电车之类的乘用车的车轮使用了弹簧。

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加载荷的频率分析– 压力或拉力载荷会改变结构体抗弯的能力。 – 应力硬化：拉 …… 此处隐藏：1888字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……