【ANSYS算例】机翼模型的振动模态分析

一个简化的飞机机翼模型如图7-4所示，该机翼沿延翼方向为等厚度。有关的几何尺寸见图7-4，机翼材料的常数为：弹性模量E=0.26GPa，泊松比“二0.3，密度(a)飞机机翼模型B灿见山仍t0)U(U.C175,Q.OLaS.O)p—(a)飞机机翼模型B灿见山仍t0)U(U.C175,Q.OLaS.O)(b)翼形的几何坐标点图7-4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＜EXTOPTxVEXT＞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VMODOPT,LANB＞；⑸在后处理中，通过VSET＞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vPLDI＞vANMODE＞。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—Run⑵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定义材料参数ANSYSMainMenu：Preprocessor—MaterialProps—MaterialModels—Structural—Linear—Elastic—Isotropic:EX:0.26E9(弹性模量),PRXY:03(泊松比)—OK—Density:88^—OK—Material—Exit生成几何模型ANSYSMainMenu:Preprocessor—Modeling—Create—Keypoints—InActiveCS—X,Y,Zlocation:0j090fApplyfX,Y,Zlocation:0.05y0yOfApplyfX,Y,Zlocation:0.0575j0.005jOfApplyfX,Y,Zlocation:0.0475,0.01?5,0fApplyfX,Y,Zlocation:0.0?5,0.006?5,0—OKANSYSMainMenu：PreprocessorfModelingfCreatefLinesfLinesfStraightLinef依次选择关键点1,2,5,1fOKANSYSMainMenu：PreprocessorfModelingfCreatefLinesfSplinesfWithOptionsfSplinethruKPsf依次选择关键点2,3,4,5fOKf输入以下数据:XV1:4025,YV1:0,ZV1:0f输入以下数据:XV6:4025,YV6沁00625,ZV6:0fOKANSYSMainMenu：PreprocessorfModelingfCreatefAreasfArbitraryfByLinesf选择所有3条线fOK(6)网格划分ANSYSMainMenu：PreprocessorfMeshingfMeshToolfglobalfSetfElementedgelength:000625fOKfMeshfPickAllfClosefClose(点击关闭MeshTool工具栏)ANSYSMainMenu：PreprocessorfModelingfOperatefExtrudefElemExtOptsfElementtypenumber:2SOLID45fTheNo.ofelementdivisions:10fOKANSYSMainMenu：PreprocessorfModelingfOperatefExtrudefAreasfByXYZOffsetfPickAllfOffsetsforextrusionintheZdirection:090j0.2^fOKfClose模型施加载荷ANSYSUtilityMenu：SelectfEntitiesfElementsfByAttributesfElemtypenumfTheelementtypenumber:1fUnselectfApply模型施加约束ANSYSUtilityMenu：SelectfEntitiesfNodesfByLocationfZcoordinatesfTheZcoordinatelocation:0fFromFUllfApplyANSYSMainMenufPreprocessorfLoadsfDefineLoadsfApplyfStructuralfDisplacementfOnNodesfPickAllfAllDOFfOKfByNum/PickfSelectAllf点击Cancel(关闭窗口)(9)分析计算ANSYSMainMenu：SolutionfAnalysisTypefNewAnalysisfModalfOKANSYSMainMenu：SolutionfAnalysisTypefAnalysisOptionsf点击BlockLanczosfNo.ofmodestoextract:5fNo.ofmodestoexpand:5fOKfOKANSYSMainMenu：SolutionfSolvefCurrentLSfFilefClosefOKfYesfYesfClose(Solutionisdone!).(10)结果显示ANSYSMainMenu：GeneralPostprocfResultsSummaryfClose(各阶模态的频率见表7-5)。ANSYSMainMenu：GeneralPostprocfReadResultsfFirstSetANSYSUtilityMenu：PlotCtrlsfAnimatefModeShapefOKf在AnimationController中作相应设置(这里不详细说明)，然后关闭当前窗口fCloseANSYSMainMenu：GeneralPostprocfReadResultsfNextSetANSYSUtilityMenu：PlotCtrlsfAnimatefModeShapefOK(各阶模态见图7-5)。(11)退出系统ANSYSUtilityMenu：FiletExit…tSaveEverythingtOK

表7-5机翼模型的各阶模态频率阶次(SET)12345频率/Hz14.54164.50991.655137.93261.76(c)第3阶振动模态(b)第2阶振动模态AN4>»JI.KtLLHHdJ4(d)第(c)第3阶振动模态(b)第2阶振动模态AN4>»JI.KtLLHHdJ4(d)第4阶振动模态图7-5机翼模型的各阶振动模态【ANSYS【ANSYS算例】7.4(2)机翼模型的振动模态分析(命令流)针对【ANSYS算例】7.4(1)的GUI操作，提供完整的命令流。解答给出的命令流如下。!%%%%[ANSYS算例]7.4(2)%%%%%begin%%%%%/PREP7ET,1,PLANE42ET,2,SOLID45MP,EX,1,0.26e9MP,DENS,1,886MP,PRXY1,0.3KK,,0.05,,,K,,0.0575,0.005,,K,,0.0475,0.0125,,K,,0.025,0.00625,,LSTR,1,2LSTR,5,1!进入前处理!选取单元类型1(平面单元)!选取单元类型2(空间单元)!定义材料的弹性模量(1号材料)!定义材料的密度(1号材料)!定义材料的泊松比(1号材料)!生成几何点1,坐标(0,0,0)!生成几何点2,坐标(0.05,0,0)!生成几何点3,坐标(0.0575,0.005,0)!生成几何点4,坐标(0.0475,0.0125,0)!生成几何点5,坐标(0.025,0.00625,0)!连接点1和2生成直线1!连接点5和1生成直线2

!采用!采用B样条，连接点2,3,4,5生成曲线3!由线1,2,3围成一个面!在单元划分前，定义单元的边的尺度为0.00625!设置单元划分的类型为2D四边形（key=O）!设置网格的自由划分（0）!对所有的面进行网格划分（无设置时，则默认为采用第1号类型单元）!设置单元类型2（空间单元）!设置体单元扩展为10段!对所有的面进行Z方向的体（包括单元）扩展，每次扩展的Z方向增量为0.25!除单元类型1外，选择所有的单元（实际上就是体单元）!选择Z=0的节点!对所选择的节点施加全部的固定约束!选择所有的节点!前处理结束!进入求解模块!设置模态分析（2）!设定LANB方法，提取5阶模态!设定模态扩展数为5ESIZE,0.00625MSHAPE,0,2DMSHKEY,0AMESH,allTYPE,2EXTOPT,ESIZE,10,0,VEXT,all,,,0,0,0.25,,,,ESEL,U,TYPE,,1NSEL,S,LOC,Z,0D,all,,,,,,ALL,,,,,NSEL,ALLFINISH/SOLUANTYPE,2/SOLUMODOPT,LANB,5MXPAND,5,,,0M