基于ANSYS的四轴飞行器机架振动分析

4振动分析ANSYS算例UNIT 4 振动分析ANSYS应用实例【ANSYS应用实例4.1】桥梁结构的振动模态分析【ANSYS应用实例4.2】卫星结构的振动模态分析学习要点：【ANSYS应用实例4.3】大型模锻液压机机架的振动模态分析(3梁2立柱的3D结构)【ANSYS应用实例4.1】桥梁结构的振动模态分析针对静力分析ANSYS算例中的小型铁路钢桥的桁架结构，进行振动模态的分析和计算。

【建模要点】X采用【ANSYS应用实例1.2】中的模型和相应的约束条件，在此基础上采用命令< ANTYPE,2>设置模态分析类型、采用命令< MODOPT >设置分块Lanczos法进行模态分析；Y进入后处理，采用命令< SET,LIST >列出所计算出的前各阶固有频率，然后采用命令< ANMODE >以动画方式显示每一阶固有频率所对应的振型。

解答：以下为基于ANSYS图形界面(GUI)的菜单操作流程；注意：符号“→”表示针对菜单中选项的鼠标点击操作。

1 基于图形界面的交互式操作(step by step)首先利用【ANSYS应用实例1.2】中已建立的模型和相应的约束条件，即前8步，在此基础上完成模态分析如下。

(1)~(8)与【ANSYS应用实例1.2】完全相同。

(9)设置分析类型为模态分析Main Menu: Solution → Analysis Type → New Analysis → ANTYPE: Modal →OK(10) 采用分块Lanczos法提取前10阶模态Main Menu: Solution → Analysis Type → Analysis Options → Mode extraction method: Block Lanczos , No.of modes to extract: 10 → OK → OK(11)求解Main Menu: Solution → Solve → Current LS →（弹出一个对话框）OK →（求解完成后，弹出一个对话框Solution is done!）Close →（关闭信息文件右上角的X）/ STATUS Command(12)列出前10阶固有频率Main Menu: General Postproc → List Results → Detailed Summary前10阶固有频率如下：***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *****SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE1 49.674 1 1 12 74.797 1 2 23 156.97 1 3 34 200.44 1 4 45 253.34 1 5 56 280.88 1 6 67 322.24 1 7 78 359.48 1 8 89 382.20 1 9 910 449.79 1 10 10(13)对于线型单元(如杆、梁)按实体效果进行显示(以3倍比例)Utility Menu: PlotCtrls → Style → Size and Shape → ESHAPE: [9]ON, SCALE:3 → OK(14)调入第一阶固有频率Main Menu: General Postproc → Read Results → First Set(15)在显示时将变形形状与原型一起显示Utility Menu: Plot → Results → Deformed Shape → KUND: Def+undeformed →OK(16)以动画方式显示对应的阵型Utility Menu: PlotCtrls → Animate → Mode Shape → No. of frames to create: 10 , Time delay(seconds): 0.5 ,Display Type: DOF solution , Def+undeformed → OK(18) 退出系统ANSYS Utility Menu: File → Exit…→ Save Everything → OK桥梁结构的第1阶振型及第10阶振型见图4-1及图4-2。

浅谈基于SolidWorks 和ANSYS 的一种四旋翼飞行器旋翼的设计浅谈基于SolidWorks 和ANSYS 的一种四旋翼飞行器旋翼的设计及分1、前言四旋翼无人飞行器是一种结构紧凑、飞行方式独特的垂直起降式飞行器, 因其起飞降落所依赖空间小, 及姿态保持能力强等优点, 在军事和民用多个领域都有广阔的应用前景。

四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，旋翼1 和旋翼3 逆时针旋转，旋翼2 和旋翼4 顺时针旋转，四个旋翼的设计对四旋翼无人飞行器的最大载重和平衡性有着重要关系，由于我们无法直观的用肉眼分析旋翼设计是否能够满足要求，所以笔者采用ANSYS 对一种四旋翼飞行器的螺旋桨进行设计及分析，由于ANSYS 三维建模效率低，因此采用SolidWorks 进行设计后，再导入ANSYS 进行相关分析和处理。

2、旋翼模型建立及调用四旋翼飞行器螺旋桨主要是由SolidWorks 软件建立三维模型。

将模型体在SolidWorks 中另存为X_T 格式，然后启动ANSYS 软件，在对话框中导入四旋翼飞行器旋翼模型X_T 文件。

定义单元类型，采用三维实体单元，然后定义材料属性，定义弹性模量为 8.3 GPa，泊松比为0.28，密度为1180 kg/m3，接下来对旋翼模型进行网格划分。

再在模型上添加面1、面2 为固定面。

同时在xcomponent、y component、z component 三栏分别输入0。

在inertial中Rotation Velocity 栏中的magnitude 中输入参数60，即角速度60rad/s。

以螺旋桨中心孔的轴线为旋转轴。

在后处理阶段选择solution 工具栏的stress 中的Equivalent, 以观察等效应力。

选择solution 工具栏的strain 中的Equivalent, 以观察等效应变。

基于ANSYS的某型航空发动机涡轮叶片的振动特性分析本文旨在对一款航空发动机的涡轮叶片进行振动特性分析，通过ANSYS软件进行模拟计算，以期评估其振动强度和工作寿命，为发动机设计提供参考。

1. 背景介绍与分析涡轮叶片作为航空发动机中的核心部件之一，其振动特性直接影响发动机的性能和寿命。

因此，在发动机设计中，对涡轮叶片的振动强度和稳定性进行分析和研究是至关重要的。

在本次分析中，我们将以某型航空发动机的涡轮叶片为例，通过ANSYS软件对其进行振动特性分析。

涡轮叶片的几何形状如图所示。

(图片)2. 建模与网格划分首先，在ANSYS中建立三维模型，采用SolidWorks导入到ANSYS平台。

接着，进行网格划分，采用四面体单元网格划分，设置裂纹控制等参数，进行网格剖分。

3. 材料选择与约束条件设置在建立模型和进行网格划分后，需要对涡轮叶片的材料进行选择，同时设定约束条件。

本次研究中，涡轮叶片的材料选用了镍基合金，其密度为8.28g/cm³，杨氏模量为210GPa，泊松比为0.3。

约束条件包括固定壳体支撑，在振动载荷下叶片不能有位移，不允许旋转。

4. 振动分析在进行建模、网格划分及设置约束条件之后，进入振动分析步骤。

本次分析采用动态分析法，采用隐式求解器求解其模态分析结果。

模态分析结果中包括杆件自然频率、振型形态和统计指标。

5. 计算结果与分析经过模拟计算，得出该涡轮叶片的前三阶固有频率为：335Hz、596Hz、916Hz。

下面就这些结果进行分析：1）自然频率随着振型的变化而变化。

而当达到某一频率时，就会发生共振现象，应引起足够的注意。

2）从涡轮叶片自然频率分析结果来看，其频率较高，工作在这样高的频率下容易导致疲劳断裂，从而出现永久性损坏，缩短了涡轮叶片的工作寿命，亦增加对机体的冲击力。

3) 在涡轮叶片的一些易损部位，比如根部区域，容易发生应力集中，导致应力低于叶片的材料极限从而使叶片疲劳失效。

目录1 绪论 (1)1.1课题研究的背景和意义 (1)1.1.1汽车振动研究的背景和意义 (1)1.1.2汽车振动研究的主要问题 (2)1.2 国内外汽车振动建模与仿真研究现状 (4)1.2.1 面向结构和面向参数的方法比较 (4)1.2.2 汽车常用动力学模型介绍 (4)1.2.3 国内汽车振动的研究 (12)1.3 ANSYS软件介绍 (13)2 路面激励 (14)2.1引言 (14)2.2路面不平度的统计特性 (14)2.2.1 路面不平度的功率谱密度 (14)2.2.2 空间功率谱谱密度)(nGq 与时间频率)(fGq的关系 (16)2.3 路面激励的生成 (17)2.4 路面对四轮汽车的输入功率谱密度 (18)2.5车辆振动的评价方法 (19)2.6随机输入平顺性评价指标 (19)3 ANSYS软件下汽车振动分析 (23)3.1 汽车模型的建立 (23)3.1.1汽车模型的选择 (23)3.1.2 ANSYS中建立汽车模型 (23)3.2模态分析 (27)3.2.1模态分析简介 (27)3.2.1 模态分析步骤 (28)V3.2.3模态分析结果 (29)3.2功率谱密度分析（PSD分析） (31)3.2.1 ANSYS谱分析简介 (31)3.2.2 ANSYS功率谱密度分析（PSD）步骤 (31)3.3模态合并 (35)3.4查看结果 (36)4 结果分析 (40)4.1路面等级对振动的影响 (40)4.2车速对振动的影响 (43)4.3悬架参数对振动的影响 (46)5 车架柔性时的响应谱 (51)5.1模型建立 (51)5.2模态分析 (52)5.3功率谱密度分析 (55)5.4模态合并 (55)5.4结果查看 (55)5.4车架刚性和柔性对响应谱的影响 (55)参考文献 (56)致谢 (58)附录 (59)VI1 绪论汽车振动的分析研究是为了提高汽车平顺性，汽车平顺性是指汽车过程中能保证乘员不致因车身振动而引起不舒适和疲乏感觉，以及保持运载货物完整无损的性能。

基于ANSYS的机翼振动模态分析机翼振动模态分析是通过ANSYS软件进行的一种分析技术，可以帮助工程师和设计师了解机翼在不同工作条件下的振动特性，以便优化设计和改进结构。

本文将详细介绍ANSYS在机翼振动模态分析中的应用，并展示其重要性和优势。

首先，机翼振动模态分析是用来计算和分析机翼在不同频率和振动模态下的振动特性。

这对于工程师和设计师来说非常重要，因为机翼的振动性能直接影响到航空器的性能和安全。

振动模态分析可以帮助确定机翼的自然频率，即机翼在没有外部激励下的自由振动频率。

此外，还可以分析机翼的模态形状和振动幅度，以便预测和评估机翼在不同工况下的振动响应。

ANSYS是一种用于有限元分析的强大软件工具，具有广泛的应用领域，包括航空航天、汽车和机械工程等。

在机翼振动模态分析中，ANSYS可以使用多个模块和工具来进行不同类型的分析，如静态分析、模态分析和频率响应分析。

其中，模态分析通常是机翼振动模态分析的主要技术。

在进行机翼振动模态分析之前，需要进行一些前期准备工作。

首先，需要绘制机翼的几何模型，并对其进行网格划分。

ANSYS提供了多种网格划分工具，如有限元网格划分器和自动网格生成器。

然后，需要定义机翼的材料特性和边界条件，如约束和加载条件。

在模态分析中，ANSYS可以计算机翼的固有频率和模态形状。

具体而言，可以通过求解机翼的特征方程来计算其固有频率和模态形状。

通过使用ANSYS的模态分析模块，可以自动求解特征方程，并得到机翼的不同模态频率和模态形状。

通过分析机翼的不同模态频率和模态形状，可以得到以下几点重要信息。

首先，可以确定机翼的固有频率范围，即机翼在不同频率范围内的振动特性。

这对于航空器的设计和改进非常重要，因为它可以帮助设计师避免机翼的固有频率与外部激励频率一致，从而减小机翼的共振现象。

其次，可以得到机翼的不同模态形状。

这对于分析机翼的结构刚度分布和优化结构设计非常重要。

值得一提的是，ANSYS还提供了其他一些分析技术和工具，如频率响应分析和降阶模型。

基于ANSYS的四轴飞行器机架振动分析【摘要】四轴飞行器为多轴飞行器的一种，是近些年来新兴的智能微型飞行器方面的热点之一，具有结构简单、空中动作灵活、反应迅速、可悬停等特点。

由于其结构简单但功能强大，为保证其安全飞行，有必要研究其结构强度，特别是机架。

本文基于四轴飞行器不稳定、非线性、强耦合等特性，利用ANSYS有限元分析软件对机架在桨叶高速运行时进行振动分析。

【关键词】四轴飞行器;振动分析;ANSYS1.引言四轴飞行器是一种微型飞行器，利用四个旋翼作为飞行引擎来进行空中飞行。

由于尺寸较小、重量较轻、适合携带一定的任务载荷，具备自主导航飞行能力。

因而在复杂、危险的环境下应用越来越广泛。

四轴飞行器作为一种飞行稳定、能任意角度灵活移动的飞行器，在没有外力并且重量分布平均时，四个螺旋桨以同样的转速转动，当螺旋桨向上的拉力大于整机的重量时，四轴飞行器就会向上升;在拉力与重量相等时，四轴飞行器就可以在空中悬停;在四轴的前方受到向下的外力时，前方马达加快转速，以抵消外力的影响从而保持水平，同样其他几个方向受到外力时四轴也可以通过这种动作保持水平。

当需要控制四轴向前飞时，前方的马达减速，而后方的马达加速，这样四轴就会向前倾斜，也相应地向前飞行，同理，其他的飞行姿态也可实现。

模态是振动特性的一种表征，它是构成各种工程结构复杂振动的那些最简单或最基本的振动形态。

通过模态分析可以得到结构的固有频率和振型，为机架结构获得更好的动态性能和优化设计提供依据。

本文就四轴飞行器，分析其机架在高速运转中的振动情况，通过Ansys模态分析，计算其合理的飞行模态。

2.有限元模型的建立机架主要由链接板、支撑杆、脚架组成，如图1所示。

为方便分析，现只对四分之一机架在单个桨叶转动情况下的振动特性进行分析。

图1 机架实体图该机架结构复杂，且为三维实体，建立有限元模型的过程中，以符合结构主要的力学特性为前提，对结构做适当而合理的假设[1]（假设四分之一的机架不包括脚架，且电机和支撑杆之间是固定连接，而桨叶与电机为转动面接触）和简化（去除对分析影响小的多余零件），以进行方便有效的计算和分析。

实例二：飞机机翼模态分析如图为飞机一支机翼，已知密度ρ=0.38e3kg/m³，弹性模量E=3.8e5Mpa，泊松比ε=0.35，L7=10m,点1（0,0,0），点2（2，0,0），点3（2.3,0.2,0），点4（1.9，0.45,0），点5（1,0.25，0）。

分析其振动情况。

1.设置工作路径：File> Change Directory>Close2.定义工作名作名称和模拟标题：File>ChangeJobname，输入Half of Wings；File>ChangeTittle，输入The Vibrational Analysis on Half of Wings，Close 3.定义对象类型：Preferences>Structural>Close.如图1所示。

图14.刷新显示：鼠标右键点击Replot5.Apply，再选Brick 8node 185，OK，Close.如图2，3所示。

图2图36.设置材料参数：Material Props>MaterialModels>Favorites>Linear Static >Density，弹框内输入DENS=8.3e2。

如图4所示。

图47.Preprocessor >Material Props>Material Models >Favorites>Linear Static>Linear Isotropic，在弹框内输入EX=3.8e5，PRXY=0.35。

如图5所示。

图58.建立关键点模型：Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS，在弹框内依次输入点1：0，0，0；点2：2，0，0；点3：2.3，0.2，0；点4：1.9，0.45，0；点5：1，0.25，0。

机设1305 彭鹏程1310140521一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 = 886 kg/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vEXTOPTx 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＞vANMODE＞。

给出的基于图形界面的交互式操作（step by step过程如下。

⑴ 进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）程序—ANSYS — ANSYS Interactive —Working directory （设置工作目录）—Initial jobname（设置工作文件名）：Modal—Run（2）设置计算类型ANSYS Main Menu : Preferences••—Structural —OK（3）选择单元类型ANSYS Main Menu : Preprocessor —Element Type —Add/Edit/Delete —Add …—Structural solid: Quad 4node 42 —Apply —solid —Brick 8node 45 —OK —Close （4）定义材料参数ANSYS Main Menu : Preprocessor —Material Props —Material Models —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ANSYS Main Menu : Preprocessor —Modeling —Create —Keypoints —In Active CS —X,Y,Z location:0,0,0 —Apply —X,Y,Z location:0.05,0,0 —Apply —X,Y,Z location:0.0575,0.005,0 —Apply —X,Y,Z location:0.0475,0.0125,0 —Apply —X,Y,Zlocation:0.025,0.00625,0 —OKANSYS Main Menu : Preprocessor —Modeling —Create —Lines —Lines —Straight Line —依次选择关键点1, 2, 5, 1 —OKANSYS Main Menu : Preprocessor—Modeling —Create —Lines —Splines —With Options —Spline thru KPs —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 —OKANSYS Main Menu : Preprocessor —Modeling —Create —Areas —Arbitrary —By Lines —选择所有 3 条线—OK⑹网格划分ANSYS Main Menu : Preprocessor —Meshing —Mesh Tool —global —Set —Element edge length:0.00625—OK —Mesh —Pick All —Close —Close（点击关闭Mesh Tool工具栏）ANSYS Main Menu : Preprocessor —Modeling —Operate —Extrude —Elem Ext Opts —Element type number:2 SOLID45 —The No. of elementdivisions:10 —OKANSYS Main Menu: Preprocessor — Modeling — Operate — Extrude —Areas —By XYZ Offset —Pick All —Offsets for extrusion in the Z direction:0,0,0.25 —OK —Close(7)模型施加载荷ANSYS Utility Menu : Select —Entities —Elements —By Attributes —Elem type num —The element type number心Unselect —Apply(8)模型施加约束ANSYS Utility Menu : Select —Entities —Nodes —By Location —Z coordinates—T he Z coordinate location:—From Full —ApplyANSYS Mai n Me nu —Preprocessor —Loads —Define Loads —Apply —Structural —Displacement —On Nodes —Pick All —All DOF —OK —By Num/Pick —Select All —点击Cancel(关闭窗口)(9)分析计算ANSYS Main Menu : Solution —Analysis Type —New Analysis —Modal —OK ANSYS Main Menu : Solution —Analysis Type —Analysis Options —点击Block Lanczos —No. of modes to extract: 5—No. of modes to expand: 5—OK —OK ANSYS Main Menu: Solution —Solve —Current LS —File —Close —OK —Yes —Yes —Close(Solution is done!)(10)结果显示ANSYS Main Menu : General Postproc —Results Summary —Close(各阶模态的频率见下表)。

第27卷　第9期计　算　机　仿　真2010年9月 文章编号:1006-9348(2010)09-0088-04基于A N S Y S/C F X耦合的机翼颤振分析卢学成,叶正寅,张陈安(西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室,陕西西安710072)摘要:在飞行器飞行气动特性的研究中,为避免传统方法进行颤振点预测时的“准模态”假设,能够更加准确地仿真机翼在流场中的真实运动情况,根据C F D/C S D一体化设计思想,采用了A N S Y S/C F X紧耦合算法,对国际标准气动弹性模型A G A R D445.6机翼作了颤振分析,验证性地研究了亚音速和跨音速颤振机理,将仿真计算结果和实验数据进行了比较。

表明耦合计算所得的颤振速度和颤振频率和实验值吻合,在亚音速阶段,机翼颤振主要是机翼的弯曲扭转耦合运动引起,而跨音速阶段则主要是机翼的弯曲运动的不稳定性引起,与理论定性分析得到的结果一致,证明A N S Y S/C F X全耦合的应用为求解非线性流固耦合问题提供了有效的方法。

关键词:弹性变形;颤振;强耦合;流固耦合中图分类号:V211.47 文献标识码:AAC o u p l e dA N S Y S/C F XMe t h o dF o r T h e A G A R D445.6Wi n g F l u t t e r C a l c u l a t i o nL UX u e-c h e n g,Y EZ h e n g-y i n,Z H A N GC h e n-a n(N a t i o n a l K e y L a b o r a t o r y o f A e r o d y n a m i c D e s i g na n dR e s e a r c h,N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v e r s i t y,X i'a nS h a n x i710072,C h i n a.)A B S T R A C T:I no r d e r t o a v o i d t h e“q u s i-m o d e”a s s u m p t i o n f o r t h e w i n g f l u t t e r p r e d i c t i o n,a C o u p l e d A N S Y S/C F Xm e t h o d i s e m p l o y e df o r t h e A G A R D445.6w i n g f l u t t e r c a l c u l a t i o n a n d i n v e s t i g a t i o n o f t h e d i f f e r e n t f l u t t e r m e c h a n i s m si nt h es u b s o n i c a n dt r a n s o n i c r e g i o n s.T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s,b o t hi nf l u t t e r f r e q u e n c y a n df l u t t e r s p e e d a r ei ng o o da g r e e m e n t w i t h e x p e r i m e n t s.F i n a l a n a l y s i s s h o w st h a t t h ef l u t t e r m o t i o ni nt h e s ub s o n ic r e g i o ni s c h a r a c t e r i z e da sc l a s s i c a l f l u t t e r w i t h a c o m b i n a t i o no f t h e w i n g-b e nd i n g a n d w i n g-t o r s i o n m o t i o n,w h i le t h e t r a n s o n i cf l u t t e r i s c h a r-a c t e r i z e da s ab e n d i n g m o t i o ni n s t a b i l i t y.I t a l s o s h o w s t h a t t h ec o u p l i n g m e t h od i s re l i a b l e t o s o l v e n o n l i n e a rf l u i d-s t r u c t u r ei n t e r a c t i o n(F S I)p r o b l e m s.K E Y WO R D S:A e r o e l a s t i c i t y;F l u t t e r;S t r o n g-c o u p l e d;F S I1　引言颤振是飞行器飞行时常见的一种气动弹性现象,它对飞行器的破坏是灾难性的。

飞机机翼模态分析实例飞机机翼模态分析实例问题描述 :该实例对一个飞机模型的机翼进行模态分析，以确定机翼的模态频率和振型。

机翼沿长度方向轮廓一致，横截面由直线和样条曲线定义（如图9所示）。

机翼的一端固定在机体上，另一端为自由端。

机翼由低密度聚乙烯制成，相关参数如下：EX=3.8E3 PRXY=0.3 DENS=1.033e-3 slugs/in3图9模型飞机机翼简图GUI方式分析过程第1 步：指定分析标题并设置分析范畴1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change 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 Menu>Preference4.单击Structure选项使之为ON，单击OK。

第2 步：定义单元类型1.选取菜单途径:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/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 Menu>Preprocessor>Material 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3800。

4.输入DENS为1.033e-3。