abaqus算模态分析(abaqus模态分析结果怎么看)

导语：Abaqus计算定子模态

模态分析的主要目的是避免结构产生共振，计算的结果包括模态振型及其对应的频率等。本篇主要对电机定子模态相关知识及使用Abaqus计算定子模态的过程进行简单介绍。

一、相关知识介绍

电机定子和转子之间存在电磁力，在电磁力脉动的作用下，谐波既有正转又有反转、还有不同的形状和节点数，不同的阶次对应不同的能量。

1、定子模态的特征

对于模态分析结果的描述，传统的方式是按频率从小到大的阶次顺序来表达，这里不再赘述。下面主要从6个方面介绍定子模态的相关知识：

(1)、对于电机定子而言，由于受电磁力波振型的影响，通常按空间节点数的顺序来描述其模态；

(2)、节点是指模态振型值为零的位置，也称为波节。是模态振型与原始未变形的结构的交点位置。每一阶模态的节点位置都不相同；

反节点是指振型值最大的位置，也称为波腹，不同模态的反节点位置也不相同；

(3)、有时经常会看到用mode(m,n)来描述模态的阶次，这两个数可能是指两个正交方向的节点数，也可能是指两个正交方向的反节点数。如对于二维平面类结构的某一阶mode(m,n)而言，m是指沿平面一个方向模态振型的反节点数，n是指平面内与前一个方向正交的方向的反节点数；

(4)、对于圆形、圆盘形或圆柱形结构而言，也用mode(m,n)来描述模态，但这里的m和n则分别指两个不同方向的节点（节圆或节径）数。如m表示节径数，n表示节圆数；

(5)、电机的定子是一个空心圆柱形结构，当用mode(m,n)来描述其模态时，m表示轴向的节点数，n表示周向节点数。但这里的n是周向节点数的一半，也可以认为n是径向的瓣数。如图1所示，定子周向各阶模态振型，其中红色表示振型，黑色表示未变形图。

图1 m=0时前六阶模态振型

由图1可知，n的数字也可理解为变形后凸出未变形前的“头数”，这个数字是两条线交点数的一半。

其中，0阶模态常称为呼吸模态，其对应模态频率常较高，实际模态计算时需要计算很多阶次才能得到。

n=1为刚体模态；n≥2为弹性模态，由于电机定子为轴对称结构，因此，弹性模态还存在重根，即会有很多阶的模态振型相似，只是方向不同；

(6)、对于电机振动和噪声而言，比较重要的是研究轴向阶次为0，并以径向振动为主，且阶次较低的模态（电磁力波的阶数越高，产生的变形越小）。

2、发生共振的条件

通常，当满足以下4个条件时，就会发生共振，产生较大的振动和噪声：

(1)、频率耦合：即结构模态频率等于电磁力频率，如电机壳体发生频率耦合时，将会产生共振，并辐射噪声；

(2)、矢量振型耦合：如电磁力激励为1000Hz的三节点形式，定子有1000Hz两节点的模态振型，则此时不易发生共振；但若定子也为1000Hz或接近此频率的三节点模态振型，则此时易发生共振（既要避频，又要避型）；

(3)、激励的能量和持续时间：只有电磁力激励的能量足够大、持续的时间足够长时，才能引起共振；

(4)、阻尼足够小：若阻尼较大，则会使振动衰减较快，不易产生共振。

可根据具体情况，进行相应的结构修改，以避免电机结构产生共振或较大的振动噪声。

二、Abaqus计算定子模态

使用Abaqus计算电机定子模态的基本过程与常规无异，主要包括以下几个步骤：

1、模型准备：以某一电机定子为例，其有限元模型如图2所示。

图2 定子有限元模型

2、导入Abaqus进行计算：在Abaqus中导入模型，如图3所示。

图3 导入Abaqus

与常规模态计算不同的是，定子多由硅钢片叠压而成，属于各向异性。因此，需要定义各个方向的弹性模量和剪切模量。实际计算时，常先由试验进行标定，然后使用标定后的数值进行计算。这里重点介绍下各向异性材料参数的设置。

在property模块下点击material manager，打开创建新材料对话框，并进行参数定义。分别如图4~图5所示。

图4 创建新材料

图5 定义材料参数

如图5中所示，密度可根据实际质量和模型体积之比得到；在Elastic下需要定义弹性模量、泊松比和剪切模量。

对于弹性模量，定子两个径向方向的大致相同且最大，轴向方向要小；对于泊松比，影响不大，可设置为0.3左右；对于剪切模量，与弹性模量趋势一致。例如，有试验得出的数值如下（注意坐标轴与实际模型一致）：

图6 某试验得到的数值

定义完成后点击OK即可。

然后，同样在property模块下，在section manager和section assignment manager下创建属性并将材料赋予定子。

接下来进行方向的定义，也是在property模块下，点击图7所示按钮，框选定子模型后出现图8，点击use default…按钮，在出现的对话框中均按默认，OK即可。

图7 材料方向定义

图8 框选定子模型

至此完成参数定义。

然后在step模块下进行模态计算参数设置。如果想要得到呼吸模态，可能需要多次尝试计算较多阶次、或在一定频率范围内进行搜索计算。

最后进行提交计算和结果查看即可。

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