CAE仿真：压力容器行业应用案例分享

接着我们有限元分析能做哪些分析的系列文章，之前分享了《结构静力学分析》，今天继续给大家分享的是模态分析。我将会从定义、基本原理、实际案例等方面来详细介绍。在日常生活中，我有时总会想一些问题，比如：开着汽车驶过减速带时，为什么有的车颠得很厉害，有的车却很稳？当把手机调成振动模式放在桌子上，手机振动后为什么桌上会“嗡嗡”跟着震动？而这些问题的答案，都和一个听起来很高大上、实则贴近生活的技术有关-模态分析。今天我们就用大白话，揭开它的神秘面纱。你可以把模态分析想象成给物体做“全身振动检查”。就像医生用听诊器听心跳，工程师通过分析物体的振动，判断它的“健康状态”。01什么是模态分析模态分析（Modal Analysis）是结构动力学领域的一项关键技术，旨在研究结构在动态载荷下的振动特性，包括固有频率、阻尼比和振型等参数。这些特性直接影响结构的稳定性、安全性和使用寿命。无论是航空航天器、汽车、桥梁，还是精密仪器，模态分析都在设计优化、故障诊断和性能评估中发挥着不可替代的作用。02模态分析的基本原理模态分析的核心是求解结构的固有振动特性，这些特性由结构本身的物理属性（质量、刚度和阻尼）决定，与外部载荷无关。其理论基础可归纳为以下核心概念：固有频率（Natural Frequency）结构在自由振动时的频率，代表其抵抗外界激励的能力。当外部激励频率接近固有频率时，系统可能发生共振，导致剧烈振动甚至破坏。可以理解为物体“天生”容易振动的频率（比如秋千的自然摆动频率）。振型（Mode Shape）结构在特定固有频率下的振动形态。可以理解为物体振动时的“姿势”（是左右晃、上下跳，还是扭成麻花）。阻尼比（Damping Ratio）描述系统能量耗散能力的参数，直接影响共振幅值。阻尼比高的结构能更快衰减振动。可以理解为振动衰减的快慢（就像秋千停下需要的时间）。模态刚度与模态质量通过模态坐标转换，将复杂结构的振动分解为多个单自由度系统的叠加，便于分析和优化。理论说了那么多，那么究竟如何应用在有限元分析中？其原理就是通过有限元软件（如ABAQUS）建立结构模型，来求解特征方程以预测模态参数。其关键步骤主要是建立精确的几何模型和网格。定义材料属性、边界条件和接触关系。求解特征值问题。03下面我们就来看实际的有限元分析案例应用，看汽车油底壳模态分析。分析要求：1、未加注机油，螺孔处完全固定进行模态计算；2、加注机油4L，上面板与油底壳螺孔处完全固定，油底壳底部圆孔填补上，使机油处在闭合的空间内进行模态计算。使用软件：达索Abaqus和Altair Hypermesh模态分析求解方法：Lanczos算法FEA模型： 分析结果：第一阶模态 第二阶模态 第三阶模态 第四阶模态 第五阶模态 通过有限元分析表明，油底壳未加注机油时的模态值明显要大于加注机油4L时的模态值。未加注机油与加注机油4L状态下的前五阶最低模态值都大于270Hz。最后，我想对行业从业者说的是有限元分析技术知识是基础，想要仿真分析数据误差少，还需要对产品、行业、跨学科知识等都要有丰富的经验。以上是模态分析内容，希望我的分享对你有所帮助，如果喜欢可以转发、点赞、推荐。注：本文部分素材/图片来源于网络,如有侵权请联系删除.来源：纵横CAE