UGNX8.5结构自由模态解析

（1）建立副车架系统的FEM模型

1）在三维建模环境中打开文件Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch09_Frame\Truck frame.prt，窗口中出现图9-2所示的车架装配主模型。

2）依次单击【开始】和【高级仿真】按钮，在【仿真导航器】窗口分级树中右击【Truck frame.prt】节点，从弹出的快捷菜单中选择【新建FEM】命令，弹出【新建部件文件】对话框，【新文件名】下面的【名称】默认为【Truckframe_fem1.fem】，单击按钮选择本实例高级仿真相关数据存放的文件夹，单击【确定】按钮。

3）弹出【新建FEM】对话框，【求解器】和【分析类型】中的选项保留默认设置，单击【确定】按钮，进入创建副车架系统FEM模型的环境，如图9-3所示。注意到【仿真导航器】窗口的分级树中出现了新增加的仿真数据节点，如图9-4所示。

图9-3 【新建FEM】对话框

图9-4 新增加的仿真数据节点

4）单击工具栏中的【指派材料】按钮，弹出【指派材料】对话框，在图形窗口选中副车架系统模型，【选择体】中出现【选择体（6）】，在【材料列表】中选择【库材料】，在【材料】列表框中选择【Steel】，单击【确定】按钮，如图9-5所示。

5）单击工具栏中的【物理属性】按钮，弹出【物理属性表管理器】对话框，【创建】子选项【类型】默认为【PSOLID】，【名称】默认为【PSOLID1】，【标签】默认为【1】，单击【创建】按钮，弹出【PSOLID】对话框。在【材料】下拉列表框中选取【Steel】子项，其他参数均为默认值，单击【确定】按钮，返回到【物理属性表管理器】对话框，单击【关闭】按钮，如图9-6所示。

图9-5 【指派材料】对话框

图9-6 【PSOLID】对话框

6）单击工具栏中的【网格收集器】按钮，弹出【网格收集器】对话框，【单元拓扑结构】的各个选项保留默认设置，【物理属性】下的类型默认为【PSOLID】，在【实体属性】下拉列表框中选取上述设置的【PSOLID1】，默认网格【名称】为【Solid（1）】，单击【确定】按钮，完成网格收集器的设置，如图9-7所示。

图9-7 【网格收集器】对话框

7）单击工具栏中的【3D四面体网格】按钮，弹出【3D四面体网格】对话框，如图9-8所示，在图形窗口中选择副车架系统模型的6个部件，默认单元类型为【CTETRA（10）】，单击【单元大小】右侧的【自动单元大小】按钮，【单元大小】的文本框内自动输入【77.1】，将其修改为【30】，【目标收集器】下面的【网格收集器】出现上述操作定义的【Solid（1）】，其他参数为默认设置，单击【确定】按钮，完成副车架系统模型的网格划分操作，效果如图9-9所示。在【仿真导航器】窗口分级树中显示的有关副车架系统有限元模型的节点情况如图9-10所示。

8）单击工具栏上的【单元质量】按钮，弹出【单元质量】对话框，在图形窗口中选择副车架的6个网格节点，单击【检查单元】按钮，如图9-11所示，检查完毕后在窗口上显示“失败11个单元，0个警告单元”。在图形窗口中查看失败单元的位置，发现失败单元出现在车架的吊钩处，此处的圆角造成失败网格的出现。单击【单元质量】按钮右侧的下拉按钮，在下拉菜单中选择【有限元模型汇总】按钮，在信息中可以看到“部件中的单元总数为81830”，可见失败网格占总体网格的比例不足千分之一，因而忽略并不影响模态求解结果的精度。保存创建的数据，这样完成了副车架系统FEM模型的创建。

图9-8 【3D四面体网格】对话框

图9-9 副车架系统网格划分后的效果图

图9-10 副车架FEM模型节点

图9-11 副车架单元质量检查

（2）创建FEM的仿真模型

1）右击【Truck frame_fem1.fem】节点，从弹出的快捷菜单中【新建仿真】命令，弹出【新建仿真】对话框。【名称】默认为【Truck frame_fem1_sim1.sim】，选择本实例高级仿真相关数据存放的文件夹，单击【确定】按钮，如图9-12所示。

2）弹出创建【解算方案】对话框，在【解算方案类型】中切换为【SOL 103 Real Ei-genvalues】，如图9-13所示。单击【确定】按钮，弹出【解算步骤】对话框，如图9-14所示，所有选项参数都保留默认设置，单击【确定】按钮，进入仿真模型环境。

图9-12 【新建仿真】对话框

图9-13 【解算方案】对话框

图9-14 【解算步骤】对话框(www.xing528.com)

3）在工具栏中单击【仿真对象类型】按钮，选择弹出的【面对面粘合】命令，弹出【面对面粘合】对话框，如图9-15所示，【类型】默认为【自动配对】，单击【创建自动面对】下面的【创建面对】按钮，弹出【Create Automatic Face Pairs】对话框，如图9-16所示。【属性】中的参数选项保留默认设置，单击【确定】按钮，回到【面对面粘合】对话框，其他参数保留默认设置，单击【确定】按钮，完成副车架系统所有部件的装配连接定义，定义好的装配关系如图9-17所示。

由于本次解算方案是计算车架自由状态下的模态参数，因此不必对模型进行边界约束条件的定义，下面直接进行结构模态的求解。

图9-15 【面对面粘合】对话框

图9-16 【Create Automatic Face Pairs】对话框

图9-17 定义好接触关系的副车架系统

（3）自由模态解算参数的设置及求解

1）在【仿真导航器】窗口分级树中右击【Solution 1】节点，从弹出的快捷菜单中选择【编辑】命令，弹出【解算方案】对话框。单击【解算方案】下面的【工况控制】选项卡，如图9-18所示，【特征值方法】默认为【Lanczos 法】，单击【Lanczos 数据】右侧的【创建模型对象】按钮，弹出【Real Eigenvalue-Lanczos3】对话框，如图9-19所示，默认【频率选项】中的【所需模态数】为【10】，单击【确定】按钮。

图9-18 【解算方案】对话框

图9-19 修改所需模态数量

2）返回到【解算方案】对话框，注意【Lanczos数据】选项的内容发生了变化，单击【确定】按钮，完成解算参数的设置操作。

提示

NX Nastran中对于实特征值，共提供7种实特征值提取方法，其中常用的提取方法有：Householder方法、修正的Householder方法、增强的逆幂法和Lanczos法。这些方法是对固有频率和模态进行求解的数值方法。之所以有这7种方法，是因为没有一种方法能够妥善解决所有问题。在NX Nastran中建议使用Lanczos法提取实特征值，因为它结合了跟踪法和变换法的优点，效率高，而且当在指定的范围内不能提取特征值时，可以发布诊断消息。利用此方法可以计算出精确的特征值和特征矢量。而且，Lanczos法充分利用了稀疏矩阵方法，稀疏矩阵方法能够充分提高计算速度并降低磁盘空间的使用率。因此，对于中到大型模型，建议使用Lanczos法。

3）右击【Solution1】节点，从弹出的快捷菜单中选择【求解】命令，弹出【求解】对话框，单击【确定】按钮。稍等，窗口出现【模型检查信息】、【分析作用监视器】和【解算监视器】3个对话框，其中【解算监视器】对话框包括【解算方案信息】、【稀疏矩阵求解器】和【特征值提取】3个选项卡，等待出现图9-20所示【作业已完成】的提示后，关闭各个【信息】对话框，如图9-20所示。双击出现的【结果】节点，即可进入后处理分析环境。

（4）自由模态结果分析

1）在【后处理导航器】窗口出现了结构自由模态计算结果，如图9-21所示。其中【模式1】至【模式6】的特征值均接近0，它们分别代表刚性体在6个方向上自由度对应的模态值，依次展开【模式1】、【位移-节点的】和【x】。双击【x】节点，在图形窗口出现结构变形云图，如果单击工具栏上的【动画】按钮，可以查看结构在受到外界激励下，在空间变形的运动方向，也称之为第1阶模态的模态形状，或者第1阶主振型。具体的振型形式和描述，可以借助动画功能进行查看和评价。

图9-20 解算监视器信息状态

图9-21 自由模态结果情况

2）从【模式7】开始的模式是描述自由模态的模态参数的。从图9-21中可以看出，该结构自由模态的第1阶固有频率为36.44Hz，第2阶固有频率为53.25Hz，第3阶固有频率为54.65Hz。

3）展开【模式7】、【位移-节点的】，双击【幅值】节点，窗口出现模型在第1阶固有频率36.44Hz共振时的变形云图，如图9-22所示。

图9-22 第1阶自由模态振型云图

4）展开【模式8】、【位移-节点的】，双击【幅值】节点，窗口出现模型在第2阶固有频率53.25Hz共振时的变形云图，如图9-23所示。

图9-23 第2阶自由模态振型云图

5）展开【模式9】、【位移-节点的】，双击【幅值】节点，窗口出现模型在第3阶固有频率54.65Hz共振时的变形云图，如图9-24所示。

图9-24 第3阶自由模态振型云图

6）单击工具栏中的【保存】按钮，保存上述操作成功的计算结果；单击工具栏中的【返回到模型】按钮；单击资源条上的【仿真导航器】按钮，返回到仿真模型环境。