OptiStruct 复模态分析

一、核心概念与物理意义

复特征值分析用于计算结构的复模态，相比实特征值分析（常规模态分析）能更全面描述阻尼系统的动力学行为：快速学会一项分析-制动系统的复模态分析-OS-T：1370 

关键特性：

控制方程：    式中：

•      ：直接矩阵输入的附加刚度（如摩擦效应）
•      ：附加刚度系数
•      ：全局结构阻尼系数
•      ：单元结构阻尼矩阵

阻尼系数计算：

• 负阻尼系数（      ）→ 不稳定模态（常见成对出现）

二、分析方法与实施流程

1. 直接复特征值法

适用场景：中小规模模型
计算特点：直接求解方程(1)，计算成本高
输入配置：

SUBCASE 10
  CMETHOD = 20       # 引用EIGC卡片
BEGIN BULK
EIGC, 20, HESS, , 50 # 提取50阶复模态（Hessenberg算法）

2. 模态复特征值法（推荐）

适用场景：大规模模型
计算流程：

输入配置：

SUBCASE 20
  METHOD = 30        # 引用EIGRL（实模态）
  CMETHOD = 40       # 引用EIGC（复模态）
BEGIN BULK
EIGRL, 30, , , 100   # 提取100阶实模态
EIGC, 40, HESS, , 30 # 提取30阶复模态

输出文件解析：

文件	实模态输出	复模态输出	示例
.out	特征值 =	特征值 =
	频率 =	频率 =

 

 

注：转子动力学分析中模态按特征值幅值排序，非转子问题按虚部排序

三、工程应用场景

1. 制动尖叫分析（Brake Squeal）

典型流程：

关键配置：

SUBCASE 101
  TYPE = NLSTAT       # 非线性静力学
  BRAKE = 1           # 制动接触设置
SUBCASE 102
  STATSUB(BRAKE)=101  # 状态传递
  CMETHOD = 50        # 复模态求解

2. 外部摩擦矩阵法

适用场景：第三方摩擦模型集成
配置示例：

K2PP = 60             # 引用外部摩擦矩阵
PARAM, FRIC, 0.8      # 摩擦系数设定
BEGIN BULK
DMIG, 60, , MATRIX    # 外部矩阵输入

3. 转子动力学（Rotor Dynamics）

物理机制：陀螺效应引起的非对称刚度
输出特性：复共轭模态对自动识别输出

四、高级功能与输出控制

1. 声学耦合分析输出

通过参数激活声学模态输出：

PARAM, FCACSV, YES    # 生成.cmode.csv文件

输出内容：声压场分布与结构模态耦合系数

2. 阻尼模型扩展

五、工程诊断与结果解读

不稳定模态判定表：

后处理要点：

1. HyperView：
• 动画演示不稳定模态振型
• 定位摩擦热点区域（制动尖叫分析）
2. HyperGraph：
• 绘制特征值实部-虚部散点图（复平面）
• 标记右半平面（不稳定区）的模态点

六、注意事项与最佳实践

1. 模型规模控制：

• 超过100万DOF优先选用模态法
• 实模态数量 ≥ 复模态数量的3倍

2. 摩擦模型简化：

• 避免过细网格接触面
• 使用等效摩擦刚度（K_f）替代微观模型

3. 转子动力学特殊处理：

   ROTORG, 100, 0, 0, 1, 3000 # 定义转速3000rpm的转子
   

4. 声学耦合输出：

• .cmode.csv包含声压-结构耦合数据
• 需配合Actran进行声学后处理

 

通过复特征值分析，工程师可精准预测制动尖叫、转子失稳等关键故障，为产品动力学可靠性提供核心仿真支撑。