飞机机翼的模态分析

运行Ansys Workbench
开始界面
建立几何模型或导入其他几何模型模型
此处：模型char6‐01
选好单位
拉伸后
存盘
存盘
回到workbench主界面，选择simulation
获取几何体信息
存盘
添加材料信息
选择Solid，添加材料信息
指定材料，选取钛合金
材料信息
几何模型solid指定材料为钛合金
划分网格mesh
选择单位mm
网格控制Sizing》Element size=100mm
划分网格‐右键
选取模态分析
施加约束
选择面
结果后处理（设置求解项，此处采用默认设置）
此处采用默认设置，求解
模型的前六阶模态
总变形
重命名Mode 1
一阶模态振型
继续添加其他模态
三阶模态振型
模型的固有频率。

飞机机翼模态分析实例模态分析实例§1.13.1飞机机翼模态分析实例§1.13.1.1 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：杨氏模量=38×103psi泊松比=0.3密度=1.033e-3slugs/in3图9模型飞机机翼简图§1.13.1.2GUI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“Quad4node42”。

6.单击Apply。

7.在右边的滚动框中单击“Brick8node45”。

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-Isotropic。

Isotro pic Material Properties对话框将出现。

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)。

飞机机翼结构模态分析研究飞机机翼是飞机上最重要的部件之一。

它不仅支撑飞机的载重，还掌握着飞机的飞行稳定性，甚至影响着飞机的飞行表现和舒适度。

因此，对飞机机翼的研究与优化显得尤为重要。

在众多的研究中，机翼结构模态分析研究显得更为精细和有深度。

一、什么是机翼结构模态分析？机翼结构模态分析是对机翼的结构载荷进行计算和分析，以确定机翼的振动和模态。

通过分析机翼的模态，可以进一步找出机翼振动的频率和振幅，然后对机翼进行改进和优化，以增强其性能。

二、机翼结构模态分析的应用机翼结构模态分析可应用于飞机设计中的多个方面。

首先，它可以用于减少飞机噪音和减少疲劳寿命。

通过分析机翼结构的模态，可以找出机翼振动的频率，以便在设计中控制振动强度，减少噪音和疲劳寿命的损失。

其次，机翼结构模态分析还可以用于优化机翼的性能。

通过分析机翼结构的模态，可以找出不同振动模式下机翼的刚度和弯曲性，以便在设计中进行优化，确保机翼的强度和稳定性。

最后，机翼结构模态分析还可以用于飞机事故的分析与预防。

通过对机翼结构的模态分析，可以找出机翼在某些频率下所产生的振动，并对机翼进行针对性的改进和极限测试，以确保其在面临自然灾害和技术考验时的安全性。

三、机翼结构模态分析的方法机翼结构模态分析的方法包括有限元分析法、信号分析法、模态试验法等。

这里我们重点介绍前两种方法。

1、有限元分析法有限元分析是机翼结构模态分析的一种基本方法。

通常，它通过对机翼进行与现实相符的有限元模型建立，再通过有限元分析来求解机翼的振动和模态。

有限元分析法具有良好的精度和计算速度，并且易于分析机翼不同振动模式下的响应。

2、信号分析法信号分析法是另一种机翼结构模态分析的方法。

通常，它通过在机翼上放置传感器和数据记录器来记录机翼在不同工况下的应变和特征振动信号，并对信号进行分析处理来确定机翼的振动和模态。

信号分析法可以通过实际的测试来为飞机提供更加准确和可靠的性能分析数据。

四、机翼模态分析的意义机翼模态分析是对机翼结构的深入研究，可以为飞机设计和改进带来很多好处。

ANSYS实例分析——模型飞机机翼模态分析问题描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。

机翼材料参数：弹性模量EX=30GPa；泊松比PRXY=0.26；密度DENS=158kg/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PLANE82和SOLID45单元进行求解。

求解步骤第一步：定义工作文件名和工作标题。

定义工作文件名为wings；定义工作标题为 MODAL ANALYSIS OF A MODEL AIRPLANE WING。

第二步：定义单元类型。

指定PLANE82和SOLID45单元进行求解。

第三步：定义材料性能参数。

输入材料弹性模量30GPa，密度1580kg/m3，泊松比0.26。

第四步：创建几何模型、划分网格。

设置视图显示方向，创建关键点编号及坐标：1（0，0，0）；2（2，0，0）；3（2.5，0.2，0）；4（1.8，0.45，0）；5（1.1，0.3，0）。

点1、2生成线段，点2、3、4、5、1生成样条曲线，由线生成面。

设置单元格尺寸大小为0.1，对面进行网格划分，设置单元等份数为20（如下图）。

拖拉面生成体，并显示单元（如下图）。

第五步：加载求解。

进入求解器，将求解类型设置为模态分析，并设置模态分析选项，指定扩展模态数。

选择节点施加位移约束，选择所有节点开始求解计算。

第六步：查看求解结果。

5阶固有频率计算结果如下图所示。

五阶模态结果分别如下图所示。

1阶模态显示2阶模态显示3阶模态显示4阶模态显示5阶模态显示。