机翼模型的振动模态分析.doc

机翼模型的振动模态分析

孙震

2011年4月12日

一个简化的飞机机翼模型如图所示，该机翼沿延翼方向为等厚度。有关的几何尺寸见下图，机翼材料的常数为：弹性模量E=0.26GPa，泊松比m=0.3，密度r=886kg/m。对该结构进行振动模态的分析。

(a)飞机机翼模型(b)翼形的几何坐标点
振动模态分析计算模型示意图
解答这里体单元SOLID45进行建模，并计算机翼模型的振动模态。
建模的要点：
⑴首先根据机翼横截面的关键点，采用连接直线以及样条函数<BSPLIN>进行连接以形成一个由封闭线围成的面；
⑵在生成的面上采用自由网格划分生成面单元(PLANE42)；
⑶设置体单元SOLID45，采用<EXTOPT><VEXT>进行Z方向的多段扩展；
⑷设置模态分析<ANTYPE,2>，采用Lanczos方法进行求解<MODOPT,LANB>；
⑸在后处理中，通过<SET>调出相关阶次的模态；
⑹显示变形后的结构图并进行动态演示<PLDI><ANMODE>。
给出的基于图形界面的交互式操作(stepbystep)过程如下。

(1)进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)
程序→ANSYS→→ANSYSInteractive→Workingdirectory(设置工作目录)→Initialjobname(设置工作文件名)：Modal→Run

(2)设置计算类型
ANSYSMainMenu：Preferences…→Structural→OK

(3)选择单元类型
ANSYSMainMenu：Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add…→Structuralsolid：Quad4node42→Apply→solid→Brick8node45→OK→Close

(4)定义材料参数
ANSYSMainMenu：Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic:EX:0.26E9(弹性模量),PRXY:0.3(泊松比)→OK→Density:886→OK→Material→Exit

(5)生成几何模型
ANSYSMainMenu：Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→X,Y,Zlocation:0,0,0→Apply→X,Y,Zlocation:0.05,0,0→Apply→X,Y,Zlocation:0.0575,0.005,0→
Apply→X,Y,Zlocation:0.0475,0.0125,0→Apply→X,Y,Zlocation:0.025,0.00625,0→OK
ANSYSMainMenu：Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→StraightLine→依次选择关键点1,2,5,1→OK
ANSYSMainMenu：Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Splines→WithOptions→SplinethruKPs→依次选择关键点2,3,4,5→OK→输入以下数据:XV1:-0.025,YV1:0,ZV1:0→输入以下数据:XV6:-0.025,YV6:-0.00625,ZV6:0→OK
ANSYSMainMenu：Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ByLines→选择所有3条线→OK

(6)网格划分
ANSYSMainMenu：Preprocessor→Meshing→MeshTool→global→Set→Elementedgelength:0.00625→OK→Mesh→PickAll→Close→Close(点击关闭MeshTool工具栏)
ANSYSMainMenu：Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→ElemExtOpts→Elementtypenumber:2SOLID45→TheNo.ofelementdivisions:10→OK
ANSYSMainMenu：Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→ByXYZOffset→PickAll→OffsetsforextrusionintheZdirection:0,0,0.25→OK→Close

(7)模型施加载荷
ANSYSUtilityMenu：Select→Entities→Elements→ByAttributes→Elemtypenum→Theelem