ANSYS机翼模型模态分析详细过程

1、机翼模型的模态分析高空长航的飞机近年得到了世界的普遍重视。由于其对长航时性能的要求，这种飞机的机翼采用非常大的展弦比， 且要求结构重量非常低。大展弦比和低重 量的要求，往往使这类结构受载时产生一系列气动弹性问题，这些问题构成飞行器设计和其它结构设计中的不利因素，解决气动弹性问题历来为飞机设计中的关 键技术。颤振的发生与机翼结构的振动特性密切相关。通过对机翼的模态分析， 可获得机翼翼型在各阶频率下的模态， 得出振动频率与应变间的关系，从而可改 进设计，避免或减小机翼在使用过程中因振动引起变形。下图是一个机翼的简单模态分析。该机翼模型沿着长度方向具有不规则形状，而且其横截面是由直线和曲线构成（如图

2、所示）。机翼一端固定于机身上， 另一端则自由悬挂。机翼材料的常数为：弹性模量E=0.26GPa，泊松比m=0.3,密度 r = 886 kg/m。yABB (0. 05, 0, 0)C (0.0575,0.005,0)D (0. 0475. 0, 0125,0)E (0. 025, 0.00625,0)图1机翼模型的结构尺寸图1、建立有限元模型1.1定义单元类型自由网格对模型的要求不高，划分简单省时省力。选择面单元PLANE42和体单元Solid45进行划分网格求解。1.2定义材料特性根据上文所给的机翼材料常数定义材料特性，弹性模量E=0.26GPa，泊松比m=0.3，密度 r =886 kg

3、/m。1.3建立几何模型并分网该机翼模型比较简单，可首先建立机翼模型的截面，再其进行网格划分，然 后对截面拉伸0.25m的长度并划分10个长度单元，而得到整个模型的网格图2机翼模型截面图图3盘轴结构的有限元模型1.4模型施加载荷和约束因为机翼一端固定于机身上，另一端则自由悬挂，因此对机翼模型的一端所 有节点施加位移约束和旋转约束。1.5分析求解本次求解了机翼模型的前五阶模态，各阶固有频率值如下Fite* INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *SETTIME/FREQLOAD STEPSUBSTEPCONULAT1UE125-718111263-07712231

4、57.901334163.131445356.33155机翼前五阶振动模态图如下:ANSYSNODAL SOLUTIONS7EP-1SUB =1EREQ=25.7178 USUM (AVG) Rsys=oDtCC -fi.7038SHX *fi-7038595894214076.7036NODAL SOLUTIONSTEP-150E =2ANSYSAPR 30 2015 21:41:09FREQ=630了71 口 SUMRSYS=0DMX -6. SMX虫1.491842.983674,175515.9734745910Z 237753.729595 22143石.713262.58147.7

5、4419129076453491161635162793.87209103256903489SMX =11.6163APR 30 201521:41:30NODAL SOLUTIONSTEP “SUB =3FREQ=157.897 USCM (AVG) RSYS=0DMX =11.61631NODAL SOLUTIONANSYSAPR 30 201521:41:58STEE*=1SUB02.95349590699E 860484.430247.3837410.33721.4767S132907ANSYSNODAL SOUHION机翼的各阶模态及相应的变形如表 1及图6所示。从图可看出在一 阶(

6、14.283 Hz)和二阶(61.447Hz)振动模态下，机翼主要发生弯曲变 形，并且离翼根越远变形量越大。在三阶(90.005 Hz)振动模态下， 机翼发生了弯曲变形和轻微的扭转变形，弯曲变形大，机翼的外形发生明显改变。在四阶(138.83Hz)振动模态下，机翼主要发生扭转变 形，变形程度近似与机翼的厚度成反比，在截面 A点处发生最大的 变形，变形对机翼的外形影响轻微。在5阶(257.59 Hz)振动模态下， 机翼发生了严重变形，机翼变形复杂，弯曲为主，含有多种变形；中间弦线两侧发生方向相反的弯曲变形，外形变形严重。机翼的弯曲主要施加到机翼的梁和长桁上，而扭转变形主要施加到机翼的翼肋和 蒙皮上，对一阶和二阶振动，机翼可以加强梁和长桁的强度， 避免发生过大的弯 曲变形，对于四阶的振动，机翼需加强翼肋或采用整体壁板， 避免因扭转变形导 致机翼外形的改变。三阶和五阶振动下机翼变形严重，种类复杂。如飞行中气动 弹性频率与之接近则需要改进飞机机翼的设计，避开发生此种变形的振动区域。4结语不同的振动频率下，机翼的模态不同，变形的种类不同，变形大小不