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模态分析问题
本章将介绍模态分析问题和 Creo Simulate 的结果。在模态分析中，“结构”模块会计算模型的固有频率和振型。结构还会自动计算所有预定义的测量。测量列表会根据分析类型而有所不同。
本章包含以下模态问题：
mvsm001：2D 平面应变壳悬臂板
mvsm002：2D 平面应力悬臂板
mvsm003：2D 平面应变实体悬臂板
mvms004：环面的 2D 轴对称径向振动
mvsm005：环的 3D 径向振动
mvsm006：3D 悬臂楔形板
mvsm007：3D 悬臂圆柱壳
mvsm008：3D 实体楔形板
mvsm009：两端铰支十字形的 3D 平面内振动
mvsm010：3D 环形板轴对称振动
mvsm001：2D 平面应变壳悬臂板
分析类型：
模态
模型类型：
2D 平面应变
比较：
理论结果
参考：
Roark, R.J. and Young, W.C. Formulas for Stress and Strain. NY: McGraw-Hill Book Co. 1982. pp.576578.
说明：
查找按照平面应变模型建模的悬臂板的基本频率。
规范
元素类型：
2D 壳 (1)
单位：
MKS
尺寸：
宽度：2
厚度：0.01
材料属性：
质量密度：7850
每单位质量成本：0
杨氏模量：2e11
泊松比：0.3
热膨胀：0
传导率：0
约束：
放置在点 A 上：在所有 DOF 中固定
结果数据比较
理论
结构
差异百分比
基本频率 (Hz)
(模式=1)
2.1393
2.1374
0.08%
收敛性 %：对于频率为 0.4%
最大 P：4
方程数：12
mvsm002：2D 平面应力悬臂板
分析类型：
模态
模型类型：
2D 平面应力
比较：
理论结果
参考：
Roark, R.J. and Young, W.C. Formulas for Stress and Strain. NY: McGraw-Hill Book Co. 1982. pp.576578.
说明：
查找悬臂板横向振动的基本频率。
规范
元素类型：
2D 板 (1)
单位：
IPS
尺寸：
长度：36
宽度：4
厚度：0.1
材料属性：
质量密度：7.28e4
每单位质量成本：0
杨氏模量：3e7
泊松比：0.3
热膨胀：0
传导率：0
约束：
位于边 A-B 上：在 TransX 和 TransY 中固定
结果数据比较
理论
结构
差异百分比
基本频率 (Hz)
(模式=1)
101.326
100.988
0.33%
收敛性 %：对于频率为 0.4%
最大 P：6
方程数：42
mvsm003：2D 平面应变实体悬臂板
分析类型：
模态
模型类型：
2D 平面应变
比较：
理论结果
参考：
Roark, R.J., and Young, W.C. Formulas for Stress and Strain, NY: McGraw-Hill Book Co. 1982. pp.576578.
说明：
查找按照平面应变模型建模的悬臂板的基本频率。
规范
元素类型：
2D 实体 (2)
单位：
IPS
尺寸：
长度：36
宽度：4
材料属性：
质量密度：7.28e4
每单位质量成本：0
杨氏模量：3e7
泊松比：0.3
热膨胀：0
传导率：0
约束：
位于边 A-B 上：在 TransX、TransY 和 RotZ 中固定
结果数据比较
理论
结构
差异百分比
基本频率 (Hz)
(模式=1)
106.219
106.604
0.36%
收敛性 %：对于频率为 0.8%
最大 P：6
方程数：42
mvsm004：环面的 2D 轴对称径向振动
分析类型：
模态
模型类型：
2D 轴对称
比较：
ANSYS No. 67
参考：
Timoshenko, S., and Young, D.H. Vibration Problems in Engineering. 3rd ed.NY: D. Van Nostrand Co., Inc. 1955. p. 425, Art. 68.
说明：
查找以轴对称方式建模的环面的径向振动基本频率。
规范
元素类型：
2D 实体 (1)
单位：
IPS
尺寸：
内径：99.975
外径：100.025
高度：0.05
材料属性：
质量密度：7.3e4
每单位质量成本：0
杨氏模量：3e7
泊松比：0
热膨胀：0
传导率：0
约束：
位于边 A-B 上：在 TransY 和 RotZ 中固定
位于边 C-D 上：在 TransY 和 RotZ 中固定
结果数据比较
理论
ANSYS
结构
差异百分比
径向频率 (Hz)
(模式=1)
322.64
322.64
322.64
0.0%
收敛性 %：对于频率为 0.0%
最大 P：2
方程数：10
mvsm005：环的 3D 径向振动
分析类型：
模态
模型类型：
3D
比较：
理论结果
参考：
Love, A.E.H. A Treatise on the Mathematical Theory of Elasticity. 4th ed.NY:Dover Publications.1944. p. 452, Art.293b.
说明：
确定作为四分之一模型建模的环的径向振动的第一个和第二个模态频率。
规范
元素类型：
梁 (1)
单位：
IPS
尺寸：
半径：2
梁属性：
面积：0.01
IYY：1e3
剪切 FY：0.83333
CY：1
J：1.008e3
IZZ：8.33e6
剪切 FZ：0.83333
CZ：1
材料属性：
质量密度：7.28e4
每单位质量成本：0
杨氏模量：3e7
泊松比：0.3
热膨胀：0
传导率：0
约束：
位于点 A 上：在所有 DOF 中固定 (TransX 除外)
放置在点 B 上：在除了 TransY 以外的所有 DOF 中固定
结果数据比较
理论
结构
差异百分比
模式 1 频率 (Hz)
625.65
624.43
0.19%
模式 2 频率 (Hz)
3393.06
3369.13
0.70%
收敛性 %：对于频率为 0.0%
最大 P：9
方程数：50
mvsm006：3D 悬臂楔形板
分析类型：
模态
模型类型：
3D
比较：
ANSYS No. 62
参考：
Timoshenko, S., and Young, D.H. Vibration Problems in Engineering. 3rd ed.NY: D. Van Nostrand Co., Inc. 1955. p. 392, Art. 62.
说明：
查找悬臂 (楔形板) 的横向振动的基本频率。
规范
元素类型：
壳 (1)
单位：
IPS
尺寸：
长度：16
宽度：4
厚度：1
材料属性：
质量密度：7.28e4
每单位质量成本：0
杨氏模量：3e7
泊松比：0
热膨胀：0
传导率：0
约束：
放置在边 A-B 上：在所有 DOF 中固定
结果数据比较
理论
ANSYS
结构
差异百分比
频率 (Hz)
(模式=1)
259.16
260.99
259.15
0.004%
收敛性 %：对于频率为 0.0%
最大 P：4
方程数：60
mvsm007：3D 悬臂圆柱壳
分析类型：
模态
模型类型：
3D
比较：
理论结果
参考：
Roark, R.J., and Young, W.C. Formula for Stress and Strain. NY:McGraw-Hill Co. 1982. p.576.
说明：
利用对称性将悬臂圆柱壳作为半圆柱进行建模。查找基本频率。
规范
元素类型：
壳 (3)
单位：
IPS
尺寸：
长度：36
半径：1
厚度：0.1
材料属性：
质量密度：7.28e4
每单位质量成本：0
杨氏模量：3e7
泊松比：0.3
热膨胀：0
传导率：0
约束：
放置在边 A-B 上：在所有 DOF 中固定
位于边 A-C 和边 B-D 上：在 TransX、RotY 和 RotZ 中固定
结果数据比较
理论
结构
差异百分比
频率 (Hz)
(模式=1)
62.05
62.125
0.12%
收敛性 %：对于频率为 0.4%
最大 P：6
方程数：180
mvsm008：3D 实体楔形板
分析类型：
模态
模型类型：
3D
比较：
ANSYS No. 62
参考：
Timoshenko, S., and Young, D.H. Vibration Problems in Engineering. 3rd ed.NY: D. Van Nostrand Co., Inc. 1955. p. 392, Art. 62.
说明：
查找悬臂 (楔形板) 的横向振动的基本频率。
规范
元素类型：
实体 (1)
单位：
IPS
尺寸：
长度：16
宽度：4
深度：1
材料属性：
质量密度：7.28e–4
每单位质量成本：0
杨氏模量：3e7
泊松比：0
热膨胀：0
传导率：0
约束：
位于面 A-B-C-D 上：在所有 DOF 中固定
结果数据比较
理论
ANSYS
结构
差异百分比
基本频率 (Hz)
(模式=1)
259.16
260.99
259.24
0.03%
收敛性 %：对于频率为 0.0%
最大 P：4
方程数：72
mvsm009：两端铰支十字形的 3D 平面内振动
分析类型：
模态
模型类型：
3D
参考：
NAFEMS, SBNFA (November 1987), Test 1.
说明：
确定在点 A、B、C、D 处带有销钉接头的十字形的平面内振动的第一个到第八个模态频率。
规范
元素类型：
梁 (4)
单位：
NMS
尺寸：
长度：5
梁属性：
面积：0.015625
IYY：2.0345e–5
剪切 FY：0.83333
CY：0.0625
J：4.069e–5
IZZ：2.0345e–5
剪切 FZ：0.83333
CZ：0.0625
材料属性：
质量密度：8000
每单位质量成本：0
杨氏模量：2e11
泊松比：0.3
热膨胀：0
传导率：0
约束：
位于点 A、B、C、D 上：TransX、TransY 和 TransZ 固定
位于梁 A-O、B-O、C-O、D-O 上：在 TransZ 中固定
结果数据比较
理论
结构
差异百分比
模式 1 频率 (Hz)
11.336
11.312
0.211%
模式 2 和 3 频率 (Hz)
17.709
17.636
0.412%
模式 4 频率 (Hz)
17.709
17.636
0.412%
模式 5 频率 (Hz)
45.345
45.155
0.419%
模式 6 和 7 频率 (Hz)
57.390
56.692
1.216%
模式 8 频率 (Hz)
57.390
57.001
0.677%
收敛性 %：对于频率为 3.4%
最大 P：8
方程数：157
mvsm010：3D 环形板轴对称振动
分析类型：
模态
模型类型：
3D
参考：
NAFEMS, SBNFA (November 1987), Test 53.
说明：
确定环形板轴对称振动的第一个到第五个模态频率。
规范
元素类型：
实体 (3)
单位：
NMS
尺寸：
内径：1.8
外径：6
高度：0.6
材料属性：
质量密度：8000
每单位质量成本：0
杨氏模量：2e11
泊松比：0.3
热膨胀：0
传导率：0
约束：
位置
自由度
constraint1
位于曲面 ABCD、BCNO、ADMP、ABMN、CDPO、MNOP 上
在 TransT、RotR 和 RotZ 中固定
位于曲线 MP 上
在 TransZ 中固定
结果数据比较
理论
结构
差异百分比
模态 1 频率 (Hz)
18.583
18.550
0.17%
模态 2 频率 (Hz)
140.15
138.22
1.37%
模态 3 频率 (Hz)
224.16
224.16
0%
模态 4 频率 (Hz)
358.29
355.80
0.7%
模态 5 频率 (Hz)
629.19
620.43
1.4%
收敛性 %：对于频率为 1.3
最大 P：9
方程数：1094