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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 仿真模拟 » ANSYS & ABAQUS » 管道模态分析的虚假模态
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w_tao13614

银虫 (小有名气)

[求助] 管道模态分析的虚假模态 已有2人参与

我算了一个10米长，外径1米，管壁厚度12毫米两端固定约束的管道模态，发现如果网格划分的疏密不同，同一振型的频率会有很大变化，是不是意味着这就是虚假模态？
三个图分别是16*50，32*100，64*200的网格，它们的振型一样，但是在64*200的模型中对应的是第三阶模态，频率85.138Hz；32*100的模型对应的是第六阶模态，频率164.56Hz；16*50的模型对应的是第十阶模态，频率346.12Hz。
16*50、32*100、64*200中16、32、64为管道圆周上的网格份数，50、100、200为管长方向上的网格划分数。
按理说振型频率和阶数都是对应的，但是这种情况并不对应，是不是就意味着这是虚假的模态？

管道模态分析的虚假模态


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1楼 2016-05-10 19:19:41
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w_tao13614

银虫 (小有名气)
困扰了我好久，希望大神们不吝赐教

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2楼2016-05-10 19:22:40
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shgao20

专家顾问 (职业作家)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
网格越粗，模型的刚度就越大，算出的频率就越高。你的模型属于薄壁结构，网格太粗结果不准确。
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3楼2016-05-11 07:05:04
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霜小妹二

木虫 (正式写手)

哈哈

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
有限元仿真，是使用“有限”自由度去仿真“无限”自由度；当单元尺寸过大，单元数量就越小，总体自由度数就会减小，从而能计算得到的固有频率和振型就越少，结果也越 不精确。
例如，梁的有限元仿真中，值划分两个单元，计算只能得到两阶模态~~
也可以这样理解，在数字1,2,3中，只能获得这三个数字；而在1,1.5,2,2.5,3这几个数字中，却可以获得更加精细的结果。如果系统的固有频率为2.6，显然后者获得的结果更准确；如果3.1也是一个固有频率，后者能够算出来的也就越多。
所以，总的来说，有限元仿真只是一种近似计算，其精度与单元数量（自由度数）密切相关（同样的结构，也表现在单元大小上，单元大小决定单元数量和自由度的数量）；单元越精细，精度越高，准确性越好，能够计算得到的固有频率越多~~~（单元越精细，越接近于“连续体”）。
祝好！
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没事儿就进行交流~
4楼2016-05-11 08:16:34
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w_tao13614

银虫 (小有名气)
网格划分越细，结构越趋于无限自由度，也就越接近真实，所以真实的模态频率总是小于有限元模型的频率。当网格划分越细，模态频率也会稍微降低，直到趋于真实频率。这个现象在模型中我也看到了，可是一旦结构是确定的，它的模态也就应该是固定不变的，包括阶次、频率、振型都是固定的，上面的这个振型虽然在三种网格的模型中都计算出来了，但是它对应的频率还有阶次都不固定，那是不是就是说明计算出的这阶模态就是虚假的，或者说是模型出现了错误？

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5楼2016-05-11 14:20:57
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shgao20

专家顾问 (职业作家)

【答案】应助回帖

对模型划分不同的网格，就得到不同的有限元模型，虽然每个有限元模型的模态都是固定的，但是与原结构 (无限多个自由度) 总是有一定差别。网格越粗，差别越大，结果相差也越大。不仅频率值可以不一样，在相同的频率范围内，固有频率的个数 (以及某个频率的阶数) 也可以不一样。
  举个简单的例子：一根两端简支的细长梁，一般情况应该是弯曲频率小于拉压或扭转频率，如果只划分一个单元，则只能得到拉压和/或扭转频率，至少划分两个单元，才可能得到弯曲频率，这样，无论是频率值还是频率阶数都会随着单元的多少而改变。
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6楼2016-05-12 08:35:14
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