基于anasys飞机机翼的模态分析报告

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。

机翼的模态分析(1. 燕山大学工程力学系，秦皇岛 066004)摘 要：用模态分析可以确定一个结构的固有频率和振型。

固有频率和振型是承受动态荷载结构设计的重要参数。

用Ansys 结构分析软件进行模态分析主要包括4个步骤：建模；加载及求解；扩展模态；后处理。

本报告是对一个简化的飞机机翼模型的模态分析。

首先定义单元类型和材料属性，然后创建几何模型，其中先建立机翼截面的平面模型，划分网格后，再将面拉伸成体，面网格拉伸成体网格，接着在机翼一端的截面上的所有节点上施加荷载，即施加节点的位移约束，再设定分析类型和选择模态分析方法，之后进行求解，然后进行扩展模态，本报告中对结构的5阶模态进行了分析，最后进行后处理，得出各阶模态的频率和振型以及各阶模态所对应的位移和应力云图。

关键词：机翼；建立模型；加载求解；扩展模态；后处理本文通过Ansys 结构分析软件对机翼进行模态分析。

机翼沿长度方向的截面是相同的，如下图所示，该机翼一段固定在飞机机身上，另一段自由，现通过Ansys 结构分析软件求出它的自振频率和振型。

其中，机翼沿Z 轴方向的长度为10m ，杨氏模量3800Pa,泊松比0.3，密度8×510 kg/3m 。

A （0，0，0）B （2，0，0）C （2.3，2，0）D （1.9，0.45，0）E （1，0.25，0）。

机翼模型简图 1 前处理1.1 定义单元类型Main Menu-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete 。

出现Element Type 对话框，单击Add 按钮，出现Library of Element Types 对话框，单击Structural Solid ，选择Quad 4node 42，单击Apply 按钮。

单击Structural Solid ，选择Brick 8node45，单击OK 按钮。

单击Element Type 对话框中的Close 按钮。

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。

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)。

机翼模型的振动模态分析摘要：本文在ANSYS13.0平台上，采用有限元方法对机翼模态进行了建模和数值分析，为机翼翼型的设计和改进提供基础数据。

1.引言高空长航时飞机近年来得到了世界的普遍重视。

由于其对长航时性能的要求，这种飞机的机翼往往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，往往使得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。

通过对机翼模态的分析，可以获得机翼翼型在各阶频率下的模态，得出振动频率与应变之间的关系，从而可以改进设计，避免或减小机翼在使用过程中因为振动引起的变形。

同时，通过实践和实际应用，可以掌握有限元分析的方法和步骤，熟悉ANSYS有限元分析软件的建模和网格划分技巧和约束条件的确定，为以后进一步的学习和应用打下基础。

2.计算模型一个简化的飞机机翼模型如图1所示，机翼的一端固定在机体上，另一端为悬空自由端，该机翼沿延翼方向为等厚度，有关的几何尺寸见图1。

图1.机翼模型简图在分析过程采用直线段和样条曲线简化描述机翼的横截面形状，选取5个keypoint，A（0,0,0）为坐标原点，同时为翼型截面的尖点;B（0.05，0，0）为下表面轮廓截面直线上一点，同时是样条曲线BCDE的起点;D(0.0475,0.0125,0)为样曲线上一点。

C(0.0575，0.005,0)为样条曲线曲率最大点，样条曲线的顶点；点E(0.025,0.00625,0)与点A构成直线，斜率为0.25。

通过点A、B做直线和点B、C、D、E作样条曲线就构成了截面的形状，如图2。

沿Z方向拉伸，就得到机翼的实体模型，如图1。

图2.机翼截面模型机翼材料的常数为：弹性模量E =0.26GPa，泊松比μ =0.3，密度。

该问题属于动力学中的模态分析问题。

在计算结构固有动力特性时，我们仅仅是计算少数低阶模态，因此可以选择较少的网格，以提高计算的效率同时不影响计算的准确性。

ANSYS实例分析——模型飞机机翼模态分析一，问题讲述。

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。

是根据一下的参数求解。

机翼材料参数：弹性模量EX=7GPa；泊松比PRXY=0.26；密度DENS=1500kg/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PLANE42和SOLID45单元进行求解。

求解步骤：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>Preferences.4.单击Structure选项使之为ON，单击OK。

主要为其命名的作用。

第2 步：定义单元类型1.选取菜单途径:MainMenu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。

2.Element Types对话框将出现。

3.单击Add。

Library ofElement 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>MaterialProps>-Constant-Isot ropic。

ANSYS 新技术助力大飞机总体/ 气动设计针对大飞机总体布局和气动力设计中的关键技术以及目前遇到的种种问题，ANSYS 公司凭借优秀的多物理场协同仿真技术、航空领域广泛应用的CFD 求解技术、领先的CFD 湍流计算模型和高效的气动噪声模型及完善的技术服务体系，对解决上述问题将起到有效的推动作用。

大飞机研发总体布局和气动力设计关键技术目前存在的问题大飞机研发需要的关键技术很多，但总体布局和气动力技术是设计的重中之重。

比如总体技术方案与气动布局选型、总体外形参数优化、超临界机翼与高效增升装置研究、气动控制与减阻技术、大展弦比机翼气动弹性分析计算技术、高效的气动降噪与发动机降噪技术、超临界机翼颤振分析和空投与空降时飞机稳定性分析等[1]。

下面就上述重点问题进行详细阐述：（1）总体技术方案与气动布局选型。

由于速势、欧拉方程的局限性，使得在高雷诺数下可以获得较高精度，但是无法适应超临界机翼设计、飞机低速气动布局评估、飞机失速特性预测等和粘性流动密切相关工作。

随着CFD 软件并行效率的提高和高性能计算机日新月异的发展，N-S 方程应用于总体方案与气动布局选型成为大势所趋。

（2）超临界机翼与高效增升装置研究。

超临界机翼和增升装置气流流动都具备层流区和湍流区共存的特点，流动转捩是CFD 气动计算的难点。

目前CFD 代码普遍有基于低雷诺数修正模型或基于二维的eN 准则来模拟过渡流动，但是上面这2 种方法有很大的局限性，无法适应超临界机翼和复杂增升装置的转捩流动精确气动力评估。

近些年，基于传输方程的Gamma_Theta 模型在航空领域获得了成功的应用。

西北工业大学陈奕等发表了《Gamma_Theta 转捩模型在绕翼型流动问题中的应用》，作者采Gam ma_Theta 模型成功预测了S809 翼型的气动力系数、前缘分离泡和不同迎角下的转捩点位置。

由于转捩计算对网格要求较高，比如近壁面网格密度和流向网格密度的要求会导致三维增升装置计算网格量达到千万量级，这大大限制了转捩计算在国内航空单位的广泛应用。

教程6：机翼模型的模态分析问题阐述这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（如图所示）。

机翼一端固定于机身上，另一端则自由悬挂。

问题研究的目的是计算机翼的固有频率和振型。

所给条件机翼的尺寸见上图所示，材料是低密度的聚乙烯，其杨氏模量为38×103 psi，泊松比为0.3，密度为1.033×10-3 slugs/in3。

近似与假设假设机翼与机身相连的一端所有自由度完全固定。

机翼材料特性为常数并是各向同性。

使用一个体模型来构造机翼横截面的2-D模型，创建一个合理的网格并将横截面拉伸成3-D的体模型，系统会自动对体模型进行网格划分。

为了以最少的时间来创建体模型，要简化翼面2-D模型的创建操作。

为了更好地模拟翼面的形状，需要建立更多的数据点。

此外，本例中所做的离散化是相当粗糙的，即单元网格太大，因此计算结果误差也非常大。

故该练习只作为一种方法练习，其计算精度不必考虑。

交互式的求解过程1． 建立几何模型1.1 创建给定位置的关键点1．Main Menu ：Preprocessor-Modeling-CreateKeypointIn Active CS 。

2．输入关键点号1。

3．分别输入0，0，0作为关键点1的坐标值。

4．按下Apply 按钮完成第一个点的创建。

5．输入关键点号2。

6．分别输入2，0，0作为关键点2的坐标值。

7．按下Apply 按钮完成第二个点的创建。

8．输入关键点号3。

39．输入2.3，0.2，0作为关键点3的坐标值。

10．按下Apply 按钮完成第三个点的创建。

11．输入关键点号4。

12．输入1.9，0.45，0作为关键点4的坐标值。

13．按下Apply 按钮完成第四个点的创建。

14．输入关键点号5。

15．分别输入1，0.25，0作为关键点5的坐标值。

16．按下OK 按钮完成所有点的创建。

1.2 创建关键点之间的直线和曲线1．Main Menu ：PreprocessorModeling-Create4 3 2Lines-LinesStraight Line2．依次选择关键点1，2，5，1（点1在原点处）。

ANASYS软件在结构静力分析和模态分析中的应用学院 XXXX学院专业 XXXXXXXXXXXXXXXX学号 XXXXXXXX学生姓名 XXXX指导教师 XXXXXXX年 XX 月ANASYS软件在结构静力分析和模态分析中的应用【摘要】随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析（FEA）在工程设计与分析中得到了越来越广泛的应用，已经成为解决各种复杂工程分析计算问题的有效途径【1】。

本文主要利用ANSYS10.0软件来进行了结构静力分析以及模态分析。

通过对结构静力分析的求解来理解平面应力问题的特点及其ANSYS分析的过程与方法，掌握几何对称问题的建模方法以及位移约束与载荷的加载方法和操作。

通过对机翼模态的分析求解来掌握ANSYS动力学问题中关于模态分析的步骤和特点，以及ANSYS模态提取和查看的方法。

【关键词】ANASYS软件；结构静力分析；模态分析；应用举例1.前言有限元法的基本思想是把连续的几何结构离散成有限个单元，并在每个单元中设定有限个节点，从而将连续体看做仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每个单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题，求解得到节点值后就可以通过设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数。

ANASYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件，广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造等工业和科学研究中，是目前最主要有限元分析软件之一。

结构分析是各种有限元分析中最为常见的一种类型，结构静力分析用来计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，即由于稳态外载引起的系统或部件的位移、应力、应变【2】。

模态分析是结构线性动力学分析的一种，用于确定设计中的结构和机器部件的振动特性（固有频率和振型）【3】。

基于ANSYS的无人机设计1 基于ANSYS的无人机设计的意义ANSYS软件作为应用有限元理论成功的大型CAE软件之一，已经渗透到各个工程领域。

它既可以求解静力学问题，也可以求解动力学问题;既可以求解固体力学问题，也可以求解流体力学问题;既可以计算稳态热力学问题，也可以处理瞬态时间响应;应用ANSYS/FE-SAFE 模块能进行寿命计算，特别是对发动机和直升机的旋转部件疲劳计算的作用尤为重要。

随着市场竞争的不断加剧，对无人机设计来说，一方面要提供满足用户需求的无人机，另一方面，产品投放市场的周期要缩短;因此，对结构设计人员来说，CAD/CAE一体化设计是实现这两个方面的保证之一。

通过ANSYS软件的分析技术，可以帮助工程设计人员在无人机设计定型或生产之前预测、仿真、计算无人机的性能，从而提高飞机的性能质量，降低设计成本，节约资金，缩短无人机投放市场的时间，提高竞争能力。

基于ANSYS的无人机设计、分析，对无人机的重量、成本及性能都产生重要的影响。

在无人机的设计中，应用ANSYS软件的有限元分析主要起到以下作用：·减轻无人机的重量，提高寿命，实现优化设计;·提高无人机的飞行性能和可靠性;·在无人机尚未生产出来前，在设计阶段就可以预测飞机的性能，加快无人机的开发，缩短无人机交货周期;·提高新型号的设计效率，降低开发费用，降低研制成本，提高无人机产品的竞争力。

2 我所应用ANSYS软件现状早期，我所无人机的分析工作主要是通过外场试飞来校核设计效果。

一方面，试飞周期长，次数多，成本高。

外场试飞受各种环境条件的影响，而且试飞后的数据分析和改进工作不是很直观;另一方面，随着CAE技术的迅猛发展，特别在航空产品制造领域，国际上一些大的飞机制造公司均采用了如ANSYS等通用的大型分析软件。

国际上这些分析软件具有很好的适用性和通用性，分析能力很强，并已商品化。

我们完全可以借鉴和利用国外先进的分析技术，引进、吸收、消化一些国际上优秀的通用大型分析软件，使我们的飞机结构分析水平有较高的起步，可以很好地与国际水平接轨。