ANSYS实例分析-飞机机翼.doc

ANSYS实例分析 模型飞机机翼模态分析一，问题讲述。如图所示为一模型飞机机翼，其长度方向横截面形状一致，机翼的一端固定在机体上，另一端为悬空自由端，试对机翼进行模态分析并显示机翼的模态自由度。是根据一下的参数求解。机翼材料参数：弹性模量EX=7GPa；泊松比PRXY=0.26；密度DENS=1500kg/m3。机翼几何参数：A(0，0)；B(2，0)；C(2.5，0.2)；D(1.8，0.45)；E（1.1，0.3）。问题分析该问题属于动力学中的模态分析问题。在分析过程分别用直线段和样条曲线描述机翼的横截面形状，选择PLANE42和SOLID45单元进行求解。求解步骤：第1 步：指定分析标题并设置分析范畴1.选取菜单途径Utility MenuFileChange Title2.输入文字“Modal analysis of a model airplane wing”，然后单击OK。3.选取菜单途径Main MenuPreferences.4.单击Structure选项使之为ON，单击OK。主要为其命名的作用。第2 步：定义单元类型1.选取菜单途径:Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete。2.Element Types对话框将出现。3.单击Add。Library of Element Types对话框将出现。4.在左边的滚动框中单击“Structural Solid”。5.在右边的滚动框中单击“Quad 4node 42”。6.单击Apply。7.在右边的滚动框中单击“Brick 8node 45”。8.单击OK。9.单击Element Types对话框中的Close按钮。第3 步：指定材料性能1.选取菜单途径Main MenuPreprocessorMaterial Props-Constant-Isot ropic。Isotropic Material Properties对话框将出现。2.在OK上单击以指定材料号为1。第二个对话框将出现。3.输入EX为7E104.输入DENS为1500、5.输入PRXY为0.26。6.单击OK。第4 步：在给定的位置生成关键点1.选取菜单途径Main MenuPreprocessor-Modeling-CreatKeypointsIn Active CS。Creat Keypoints in Active Coordinate System对话框将出现。2.输入Keypoint number（关键点号）为1，X,Y,Z位置分别为0,0,0。可用TAB键在输入区之间移动。3.单击Apply。4.对下面的关键点及X，Y，Z位置重复这一过程：关键点2：2,0,0关键点3：2.3,0.2,0关键点4：1.9,0.45,0关键点5：1,0.25,05.输入完最后一个关键点后，单击OK。6.选取菜单途径Utility MenuPlotCtrlsWindow ControlsWindow Options。7.在Location of triad滚动框中，找到“Not shown”并选中它。 8.单击OK。9.选取菜单途径Utility MenuPlotCtrlsNumbering。10.单击Keypoint numbering使之成为ON，然后单击OK，在ANSYS图形窗口中将出现带有编号的关键点。第5 步：在关键点间生成直线和样条曲线1.选取菜单途径Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Lines-LinesStraight Line。拾取菜单（Picking Menu）Create Straight Lines将出现。2.在关键点1和2上按顺序各单击一次。在关键点间将出现一条直线。3.在关键点5和1上按顺序各单击一次。在关键点间将出现一条直线。4.在拾取菜单中单击OK。5.选取菜单途径Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Lines- SplinesWith options Spline thru kps。拾取菜单B_Spline将出现。6.按顺序选中关键点2,3,4,5，然后单击OK。B_Spline对话框将出现。7.输入XV1,YV1,EV1分别为-1,0,0，XV6,YV6,EV6分别为-1,-0.25,0。8.单击OK。机翼的曲线部分将出现在图中。第6 步：生成横截面1.选取菜单途径Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-ArbitaryBy Lines。拾取菜单Create Area by Lines将出现。2.单击所有的三条线各一次。3.单击OK。线围成的面将以高亮度显示出来。4.在ANSYS Toolbar上单击SAVE_DB。第7 步：指定网格密度并对面进行网格1.选取菜单途径Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-ManualSize-Global-Size。Global Element Size对话框将出现。2.在element edge length（单元边长）处输入0.25。3.单击OK。4.选取菜单Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Free。拾取菜单Mesh Areas将出现。5.单击Pick All。（如果出现警告框，单击close。请看下面的注释。）6.在ANSYS Toolbar上单击SAVE_DB。第8 步：设置线被划分的段数（下图仅为参考之用，不具备实际效果，与操作有关）1.1.在MODELING、OPERATE、EXTRUDE,ELEM EXT OPT12.在Number of element divisions处输入10。3.单击OK。第9 步：将带网格的面拉伸成带网格的体1.选取菜单途径Main Menumesh Preprocessor-Attributes-DefineDefault Attribs。Meshing Attributes对话框将出现。2.在element type number处输入2。3.单击OK。4.选取菜单途径Main MenuPreprocessor-Modeling-OperateExtrude/ Sweep-Areas-By XYZ Offset。拾取菜单Extrude Area by Offset将出现。5.单击Pick All。Extrude Areas by XYZ Offset对话框将出现。6.在offset for extrusion处输入0,0,10。7.单击OK。（如果出现警告框，单击close。请看下面的注释。）注意 在这个例子中采用SOLID45 单元是为了让ANSYS/ED 版用户也能做此实例。使用这种单元会导致如下警告：“The mesh of volume 1 contains SOLID 45 degenerate elements ， which are much too stiff in bending. Use quadratic elements if posssble. ”。如果当前使用的不是ANSYS/ED ，可以用SOLID95 单元进行分析。8.选取菜单途径Utility MenuPlotCtrlsPan,Zoom,Rotate。9.单击“ISO”，然后单击close。10.在ANSYS Toolbar上单击SAVE_DB。第10 步：进入求解器并指定分析类型和选项1.选取菜单途径Main MenuSolution-Analysis Type-New Analysis。 New Analysis对话框将出现。2.选中Modal analysis，然后单击OK。3.选取菜单途径Main MenuSolution-Analysis Options，Modal Analysis对话框将出现。4.选中Subspace模态提取法。5.在Number of modes to extract处输入5。6.单击OK。Subspace Modal Analysis对话框将出现。7.单击OK接受缺省值。第11 步：释放已选的PLANE42单元应当释放用于2-D面网格划分的PLANE42单元，因为它们不必参与分析。1.选取菜单途径Utility MenuSelectEntities。Select Entities对话框将出现。2.在对话框上部的两个滚动框中，选取“Elements”和“By Attribute”。3.单击Elem type num选项使之成为ON。4.在Min,Max,Inc区输入单元类型号为1。5.单击Unselect选项使之成为ON。6.单击Apply。第12 步：对模型施加约束1.选取菜单途径Utility MenuSelectEntities。Select Entities对话框将出现。2.在对话框上部的两个滚动框中，选“Nodes”和“By Location”。3.单击Z coordinates选项使之为ON。4.在Min,Max区输入Z坐标为0。5.单击From Full选项使之为ON。6.单击Apply。7.选取菜单途径Main MenuSolution-Loads-Apply-Structural-Displacement-On Nodes。拾取菜单Apply U,ROT on Nodes将会出现。8.单击Pick All。Apply U,ROT on Nodes对话框将出现。9.单击“All自由度（DOF）”。10.单击OK。11.在Select Entities对话框中的第二个滚动框中选取“By Num/Pick”。12.单击Sele All。13.单击Cancel。第13 步：指定要扩展的模态数并求解1.选取菜单途径Main MenuSolution-Load Step Opts-ExpansionPassExpand Modes。 Expand Modes对话框将出现。2.在number of modes to expand处输入5。3.单击OK。4.选取菜单途径Main MenuSolution-Solve-Current LS。浏览在/STAT命令对话框中出现的信息，然后使用FileClose关闭该对话框。5.单击OK。在出现警告“A check of your model data produced 21 warnings. Should the SOLV command be executed?”时单击Yes。6.在出现警告“A check of your model data produced 1 Warning。 Should the SOLV command be executed?”时单击Yes。7.求解过程结束后单击close。第14 步：列出固有频率1. 选取菜单途径Main MenuGeneral PostprocResults Summary。浏览对话框中的信息然后用FileClose关闭该对话框。第15 步：观察解得的五阶模态在X11 Motif 系统中：1.选取菜单途径Main MenuGeneral Postproc-Read Results-First Set。2.选取菜单途径Utility MenuPlotCtrlsAnimateMode Shape。Animate Mode Shape对话框将出现。3.在time delay 处输入0.5。4.单击OK。Animation Controller对话框将会出现，动画开始播放。5.单击Stop停止动画播放。6.选取菜单途径Main MenuGeneral Postproc-Read Results-Next Set。7.选取菜单途径Utility MenuPlotCtrlsAnimateMode Shape。Animate Mode Shape对话框将出现。8.单击OK接受先前的设置。动画开始播放。9.单击Stop停止动画播放。10.对剩余的三个模态重复步骤69。在Windows NT 或Windows 96 系统中：1.选取菜单途径Main MenuGeneral Postproc-Read Results-First Set。2.选取菜单途径Utility MenuPlotCtrlsAnimateMode Shape。Media Player-file.avi对话框将出现。3.在对话框中选择EditOptions。Options对话框将会出现。4.单击“Auto Repeat”然后单击OK。5.单击Play toolbar上的按钮（4）观察动画播放。6.单击Stop toolbar上的按钮（General PostProc-Read Results-Next Set。8.选取菜单途径Utility MenuPlot CtrlsAnimateMode Shape。9.单击Play toolbar上的按钮观察动画。10.单击Stop toolbar上的按钮。11.对剩余的三个模态重复步骤710。一，一阶二阶模态三阶四阶五阶第16 步：退出ANSYS1.在ANSYS Toolbar中选QUIT。72.选Quit-No Save!3.单击OK。二，请描述平面结构有限元求解的基本步骤针对平面结构问题只须考虑平行于某个平面的位移分量、应变分量与应力分量，且这些量只是两个坐标的函数，平面问题分平面应力问题和平面应变问题两类。针对二维的连续介质，对平面结构的有限元分析步骤如下：1）用虚拟的直线把原介质分割成有限个平面单元，这些直线是单元的边界，几条直线的焦点即为节点。2）假定个单元在节点上互相铰接，节点位移是基本的未知量。3）选择一个函数，用单元的三个节点的位移唯一的表示单元内部任一点的位移，此函数称为位移函数。4）通过位移函数，用节点位移唯一的表示单元内任一节点的应变；再利用广义的胡克定律，用节点位移可唯一的表示单元内任一点的应力。5）利用能量原理找到与单元内部应力状态等效的节点力；再利用单元应力与节点位移的关系，建立等效节点力与节点位移的关系。6） 将每一单元所承受的载荷，按静力等效原则移置到节点上。 7 )在每一节点建立用节点位移表示的静力平衡方程，得到一个线性方程组；解出这个方程组，求出节点位移；然后可求得每个单元的应力。三，空间结构中一般采用