(56)-14.1 结构动力学模态分析

计算机辅助工程分析动力分析主要包括以下5个部分：

模态分析：用于计算结构的固有频率和模态。

谐波分析（谐响应分析）：用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。

瞬态动力分析：用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可涉及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。

谱分析：是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。

显式动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。分析实例分析实例问题说明:如图5-2所示，为一个模型飞机的机翼。机翼沿着长度方向轮廓一致，且它的横截面由直线和样条曲线定义。机翼的一端固定在机体上，另一端为悬空的自由端。且机翼由低密度聚乙烯制成，有关性质参数为：弹性模量：38×103psi；泊松比：0.3；密度：1.033×10-3slug/in3。问题的目的是显示机翼的模态自由度图5-2模型飞机机翼简图1、定义工作文件名和工作标题UtilityMenu>File>ChangeTitle。输入“ModalanalysisOfamodelairplanewing”。MainMenu>Preferences。选中“Structural”选项，2、定义单元类型及材料属性MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete在左侧的滚动框中选择“StructuralSolid”。在右侧的滚动框中选择“Quad4node42”。单击“apply”。在右侧的滚动框中选择“Brick8node45”。MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels：Structural>Linear>Elastic>Isotropic在【EX】输入“3800”，【PRYX】输入“0.3”。双击“Structural，Density”，【DENS】一栏中输入“1.033E-3”3、创建关键点MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS“keypointnumber”中输入“1”，在“LocationinactiveCS”中输入坐标“0,0,0”。输入关键点2～5的坐标值：（2，0，0）、（2.3，0.2，0）、（1.9,0.45,0）与（1,0.25,0）。UtilityMenu>PlotCtrls>WindowControls>WindowOptions“Locationoftriad”滚动菜单中选中“Notshown”。UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering。“Keypointnumbers”设为“ON”，单击。4、关键点之间创建线MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>StraightLine在绘图区域按顺序选中关键点1和2，绘出一条直线。在绘图区域按顺序选中关键点5和1，绘出另一条直线。MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Splines>Withoptions>SplinethruKPs弹出【B-Spline】拾取菜单窗口图5-8。图5-8【B-Spline】窗口4、关键点之间创建线按顺序选中关键点2,3,4,5，单击“OK”。弹出窗口如图5-9所示。在“XVl，YVl，ZVl”域中输入“-1，0，0”；在“XV6，YV6，ZV6”域中输入“-1，-0.25，0”。机翼的曲线部分如图5-10。图5-9【B-Spline】窗口图5-10机翼的曲线部分5、创建横截面MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Bylines在绘图区域选中所有的三条直线，生成面如图5-12。图5-12生成的面6、定义网格密度并进行网格划分MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Global>Size

在“Elementedgelength”中输入“0.25”，MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free单击“pickall”生成模型如图5-15所示。MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Global>Size，删除单元的边界长度。在“Numberofelementdivisions”中输入“10”。图5-15生成的有限元模型7、将网格划分面积嵌入网格划分体积MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshingAttributes>DefaultAttribs“Elementtypenumber”选择“2Solid45”MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>ByXYZOffset单击“pickall”，出现【ExtrudeAreasbyXYZOffset】菜单窗口。在“offsetsforextrusion”中输入“0，0，10”。8、指定分析类型和分析选项MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis选择“Modal”。MainMenu>Solution>AnalysisType>AnalysisOptions做如图5-19所示设置，其余采用默认设置，如图5-20所示。图5-19【ModalAnalysis】对话框8、指定分析类型和分析选项图5-20【SubspaceModalAnalysis】窗口9、取消PLANE42单元的选定UtilityMenu>Select>Entities，弹出【SelectEntities】对话框。选择“Elements”和“ByAttributes”。“Elemtypenum”选项设为打开状态。在“Min，Max，Inc．areafortheelementtypenumber”

输入“l”。选中“Unselect”选项。10、施加约束条件UtilityMenu>Select>Entities选择“Nodes”和“ByLocation”。将“Zcoordinates”选项设为打开状态。在“Min，Max，Inc．areafortheZcoordinatelocation”中输入“0”。选中“FromFul”选项。MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnArea弹出【ApplyU，ROTonNodes】拾取菜单。单击“OK”，打开【ApplyU，ROTonNodes】窗口。单击“AllDOF”。UtilityMenu>Select>Everything11、将模态扩展并求解MainMenu>Solution>LoadStepOpts>ExpansionPass>SingleExpand>ExpandModes弹出【ExpandModes】对话框如图5-21。MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS开始求解图5-21【ExpandModes】对话框12、进行结果后处理MainMenu>GeneralPostproc>ResultsSummary观察信息内容。MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>FirstSetUtilityMenu>PlotCtrls>Animate>ModeShape打开【AnimateModeShape】对话框如图5-22。图5-22【AnimateModeShape】对话框12、进行结果后处理MainMenu>