模态形状 — CAE术语解说

模态形状（特征向量）是结构在各固有振动频率下的变形模式。一阶模态是整体弯曲，二阶模态是具有两个腹部的变形，随着阶数增加而变得更复杂。通过查看模态形状，可以直观地理解结构的哪个位置如何振动。

固有值分析的模态形状只有相对比率有意义，绝对值是任意的。通常进行质量正规化（质量正规化），使φ^T M φ=1。实际的振动振幅由模态参与系数乘以模态形状决定。

通过在问题模态变形较大的位置添加加强筋来提高刚度，或改变质量来改变固有振动频率。例如，如果汽车引擎盖的一阶弯曲模态为80Hz并与发动机怠速振动共振，可以通过添加加强筋将固有振动频率提高到90Hz。这样可以避免由共振引起的振动和噪声（NVH）问题。

可以通过实验模态分析（EMA）获得模态形状。具体来说，使用锤击激励激振结构，使用安装在多个位置的加速度传感器测量响应。从得到的频率响应函数中提取模态参数（固有振动频率、模态形状、阻尼比）。这个实验结果用于验证有限元分析的模型有效性。

养成用动画显示观看各个模态振动特性的习惯。这样可以培养直觉。