ANSYS实例分析-飞机机翼

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泊松电PRXY=0.26密度 ABDENS=1500kg/m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PLANE4和SOLID4弹元进行求 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 MenuFileChange Title2 .输入文字 “ Modal analysis of a model airplane wing ”，然 后单击OK3 .选取菜单途径 Main MenuPreferences.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：MainMenuPreprocessorElemen t TypeAdd/Edit/Delete 。2 .Element Types 对话框将出现。E *43 .单击 Add。Library ofElement Types对话框将出现。4 .在左边的滚动框中单击“Structural Solid5 .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OK9 .单击Element Types对话框中的Close按钮国 FrvprWMWrQ AdPreprocessorMaterialProps-Constant-Isot ropic 。Isotropic Material Properties 对 话框将出现。2 .在OK单击以指定材料号为1。第二个对话框将出现。3 .输入EX为7E104 .输入 DEN的 1500、5 .输入 PRXW 0.26。A 口由地 forNumtwr /Density for Ihterial Number 1InITeiiperatijffe,s DENS 150（|Md 工物peratutrd加1酸白.erMurEGraph”OK CmhI|6 .单击OK第4步：在给定的位置生成关键点1 .选取菜单途径MainMenuPreprocessor-Modeling-CreatKeypointsIn Active CS 。Creat Keypoints in Active Coordinate System对话框将出现。2 .输入Keypoint number （关键点号）为1, X,Y,Z位置分别为0,0,0。可用TAB键在输入区之间移动。3 .单击 Apply。4 .对下面的关键点及X, Y, Z位置重复这一过程：关键点2: 2,0,0关键点 3: 2.3,0.2,0关键点 4: 1.9,0.45,0关键点 5: 1,0.25,05 .输入完最后一个关键点后，单击 OK6 .选取菜单途径 Utility MenuPlotCtrlsWindowControlsWindow Options。7 .在Location of triad 滚动框中，找到“ Not shown”并选中它TE RMANSYSW U 50158.单击OK9 .选取菜单途径 Utility MenuPlotCtrlsNumbering 。10 .单击Keypoint numbering使之成为 ON然后单击 OK在ANSYS 图形窗口中将出现带有编号的关键点。第5步：在关键点间生成直线和样条曲线1 .选取菜单途径MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Lines-LinesStraight Line。拾取菜单（Picking Men。Create Straight Lines 将出现。2 .在关键点1和2上按顺序各单击一次。在关键点间将出现一条 直线。3 .在关键点5和1上按顺序各单击一次。在关键点间将出现一条 直线。4 .在拾取菜单中单击OK5 .选取菜单途径 MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Lines- SplinesWithoptions Spline thru kps 。拾取菜单 B_Spline 将出现。6 .按顺序选中关键点2,3,4,5 ,然后单击OK B_Spline对话框将 出现。7 .输入 XV1,YV1,EV1 分别为-1,0,0 , XV6,YV6,EV6分别为 -1,-0.25,0 。8.单击OK机翼的曲线部分将出现在图中。第6步：生成横截面1 .选取菜单途径MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-ArbitaryByLines。拾取菜单 Create Area by Lines将出现。2 .单击所有的三条线各一次3 .单击OK线围成的面将以高亮度显示出来4 .在 ANSYS Toolbar 上单击 SAVE DBIANSYS T“lbarPsAVE_DB RESUMJBANSYS Main Memi5 7步：指定网格密度并对面进行网格1 .选取菜单途径 Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-ManualSize-Global-Size 。Global Element Size 对话框将 出现。2 .在 element edge length（单元边长）处输入 0.25。3.单击OK4 .选取菜单MainMenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Free 。拾取菜单 MeshAreas将出现。5 .单击Pick All 。（如果出现警告框，单击close。请看下面的注释。）6 .在 ANSYS Toolbar 上单击 SAVE DB第8步：设置线被划分的段数（下图仅为参考之用，不具备实际效果，与操作有关）1.1 .在 MODELINGOPERATEEXTRUDE,ELEM EXT OPT12 .在 Number of element divisions处输入 10。3 .单击OKBhflWIiCtl.-inlCMtom三WK勺 爵 ttttaiQlMwrQpi BCbktMi BM目用 BCMM 3 scMiftfOrii HHtnMrfCM BAkHhMaM自住inufi *皿|岫* aUMl 图忡总 打班附1机1N Hg*第9步：将带网格的面拉伸成带网格的体1 .选取菜单途径 Main MenumeshPreprocessor-Attributes-DefineDefault Attribs 。 Meshing Attributes对话框将出现。2 .在 element type number 处输入 2。3 .单击OK4 .选取菜单途径 MainMenuPreprocessor-Modeling-OperateExtrude/Sweep-Areas-By XYZ Offset。拾取菜单 Extrude Area by Offset 将出现。5.单击 Pick AllExtrude Areas by XYZ Offset对话框将出现6 .在 offset for extrusion处输入 0,0,10。7 .单击OK （如果出现警告框，单击close。请看下面的注释。）注意 一 在这个例子中采用SOLID45单元是为了让ANSYS/E诙 用户也能做此实例。使用这种单元会导致如下警告：“ The mesh of volume 1 contains SOLID45 degenerate elements , which are much too stiff in bending. Use quadratic elements if posssble.”。如果当前使用的不是 ANSYS/ED,可以用SOLID95单元进行分析。8 .选取菜单途径 Utility MenuPlotCtrlsPan,Zoom,Rotate 。9 .单击“ ISO”，然后单击close。10 .在 ANSYS Toolbar 上单击 SAVE_DB第10步：进入求解器并指定分析类型和选项1 .选取菜单途径 Main MenuSolution-Analysis Type-New Analysis 。 New Analysis 对话框将出现。2 .选中Modal analysis ,然后单击 OK3 .选取菜单途径 Main MenuSolution-Analysis Options , Modal Analysis对话框将出现4 .选中Subspace模态提取法。5 .在 Number of modes to extract 处输入 5。6 .单击 OK Subspace Modal Analysis 对话框将出现。7 .单击OK接受缺省值。第11步：释放已选的PLANE4#元应当释放用于2-D面网格划分的PLANE44元，因为它们不必参1 .选取菜单途径 Utility MenuSelectEntities 。 SelectEntities对话框将出现。2 .在对话框上部的两个滚动框中，选取“ Elements和 ByAttribute ” 。3 .单击Elem type num 选项使之成为 ON4 .在Min,Max,Inc区输入单元类型号为1。5 .单击Unselect选项使之成为ON6 .单击 Apply。第12步：对模型施加约束1 .选取菜单途径 Utility MenuSelectEntities 。 Select Entities 对话框将出现。2 .在对话框上部的两个滚动框中，选“Nodes和By Location3 .单击Z coordinates 选项使之为 ON4 .在Min,Max区输入Z坐标为0。5 .单击From Full选项使之为ON6 .单击 Apply。7 .选取菜单途径MainMenuSolution-Loads-Apply-Structural-Displacement-On Nodes拾取菜单 Apply U,ROT on Nodes将会出现。8 .单击 Pick All 。Apply U,ROT on Nodes 对话框将出现。9 .单击“ All自由度（DOF ”。10.单击OK* Z coordinates|By Location 二X coordinaltiiY coordinates* Z coordinatesMinMax& From FullD Apply DiiplKanenb U.ROTl on NockLab2 DOFs to be ronstrainedAll DOFUX UVUZVELXApply,ConEtant value ReaclectAlso SelectUnselectIf Constant vake then；VALUE Displacement valueSele AllInvertSele NoneSele Uelo11 .在Select Entities对话框中的第二个滚动框中选取“ ByNum/Pick” 。12 .单击 Sele All13 .单击 Cancel。A Select EntitiesNodesPilotAirplnlHelp逐讪.1.达1OKApplyriotHeplol/ Select Entuties|Nodes 二|By Num/Piick“ From Full RcscledAlso Selecl UneledSele All InvertSele None第13步：指定要扩展的模态数并求解1 .选取菜单途径 Main MenuSolution-Load StepOpts-ExpansionPassExpand Modes。 Expand Modes 对话框将出现。2 .在 number of modes to expand 处输入 5。3 .单击OK4 .选取菜单途径 Main MenuSolution-Solve-Current LS 。浏览 在/STAT命令对话框中出现的信息，然后使用 FileClose关闭该对 话框。5 .单击 OK 在出现警告 “ A check of your model data produced21 warnings. Should the SOLVommancbe executed?”时单击 Yes。6 .在出现警告 “ A check of your model data produced 1 Warning。 Should the SOLV command be executed? ” 时单击 Yes。7 .求解过程结束后单击close 。第14步：列出固有频率1.选取菜单途径 Main MenuGeneral PostprocResults Summary浏览对话框中的信息然后用FileClose关闭该对话框tproc.ts ,1 tfiE1 !illsoir UuFa 已bhles t icn acre tSET IIHEZFRE4 LOAD STEF BUBBTEP CUMULATIUE1 1.C&T3：ill2 H 版J1223 S53134 41.435144S155:torDi as *第15步：观察解得的五阶模态在X11 Motif 系统中:1 .选取菜单途径 Main MenuGeneral Postproc-ReadResults-First Set 。2 .选取菜单途径 Utility MenuPlotCtrlsAnimateMode Shape Animate Mode Shape对话框将出现。3 .在 time delay 处输入 0.5。4 .单击OK Animation Controller 对话框将会出现，动画开始播 放。5 .单击Stop停止动画播放。6 .选取菜单途径 Main MenuGeneral Postproc-Read Results-Next Set 。7 .选取菜单途径 Utility MenuPlotCtrlsAnimateMode Shape Animate Mode Shape对话框将出现。8 .单击OK接受先前的设置。动画开始播放。9 .单击Stop停止动画播放。10 .对剩余的三个模态重复步骤 69。在 Windows NT 或 Windows 96 系统中：1 .选取菜单途径 Main MenuGeneral Postproc-Read Results-First Set 。2 .选取菜单途径 Utility MenuPlotCtrlsAnimateMode Shape Media Player-file.avi对话框将出现。3 .在对话框中选择EditOptions。Options对话框将会出现。5 .单击Play toolbar 上的按钮（4）观察动画播放。6 .单击Stop toolbar 上的按钮（General PostProc-Read Results-Next Set 。8 .选取菜单途径 Utility MenuPlot CtrlsAnimateMode Shape9 .单击Play toolbar上的按钮观察动画。10 .单击Stop toolbar 上的按钮。11 .对剩余的三个模态重复步骤 710。一，一阶二阶模态三阶ANSYSISHF-100:51:45例1X13兄 如=/例Model aul户im of a del uzplaM wuugANSYSDI5FIACE3OTMfidjil SMlyais mE a ndtl AirplAoe wlnSIEM5U3 =4 EMil.4352 Uffl =,C454D1HCV 1； 201500:51:45四阶叮皿CEI叫=4后招M =a021516五阶巴 SEN&EK?5IEF=1SE3 H EM-t=41,4352 昭=.D45G1JKl!00:：RSFIACEMMANSYSSIEP-1HEglX温 3K =.04540100:54:27第16步：退出ANSYS1.在 ANSYS Toolbar 中选 QUIT。72.选 Quit-No Save!3.单击OK二，请描述平面结构有限元求解的基本步骤针对平面结构问题只须考虑平行于某个平面的位移分量、应变分量与应力分量，且这些量只是两个坐标的函数，平面问题分平面应力 问题和平面应变问题两类。针对二维的连续介质，对平面结构的有限 元分析步骤如下：1）用虚拟的直线把原介质分割成有限个平面单元， 这些直线是单 元的边界，几条直线的焦点即为节点。2）假定个单元在节点上互相较接，节点位移是基本的未知量。3）选择一个函数，用单元的三个节点的位移唯一的表示单元内部任一点 的位移，此函数称为位移函数。4）通过位移函数，用节点位移唯一的表示单元内任一节点的应变； 再利用广义的胡克定律，用节点位移可唯一的表示单元内任一点的应 力。5）利用能量原理找到与单元内部应力状态等效的节点力；再利用 单元应力与节点位移的关系，建立等效节点力与节点位移的关系。6）将每一单元所承受的载荷，按静力等效原则移置到节点上。7 ）在每一节点建立用节点位移表示的静力平衡方程，得到一个线 性方程组；解出这个方程组，求出节点位移；然后可求得每个单元的 应力。三，空间结构中一般采用哪些单元进行网格划分，请描述这些常用单元的基本特性。Beam碌受拉、压、弯、扭的单轴受力单元，每个节点上有六个自由度：x、y、z三个方向的线位移 和绕x,y,z三个轴的角位移SOLID5三维耦合场体单元，8个节点，每个节点最多有6个 自由度LINK8三维杆（或桁架）单元，用来模拟：桁架、缆索、连 杆、弹簧等等，是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自 由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动Shell434节点塑性大应变单元，适合模拟线性、弯曲及适当 厚度的壳体结构。单元中每个节点具有六个自由度：沿 x、y 和z方向的平动自由度以及绕x、y和z轴的转动自由 度Shell63 弹性壳单元，具有弯曲能力和又具有膜力，可以承 受平面内荷载和法向荷载。本单元每个节点具有6个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和沿节点坐标系 X、Y、Z轴 的转动SOLID643-D#向异性结构实体单元，用于各向异性实体结构的3D建模。单元有8个结点，每个结点3个自由度，即沿x、 y、z的平动自由度SOLID65用于含钢筋或不含钢筋的三维实体模型。该实体模型 可具有拉裂与压碎的性能PLANE754节点轴对称谐波热单元，作轴对称环单元，具有 3维热传 导能力。本单元有4个节点，每个节点只有一个自由度-温度TEMPPLANE788节点轴对称-谐波热单元，轴对称环单元，具有3维热传导 能力。本单元有8个节点，每个节点只有一个自由度-温度 TEMPBeam1883维线性有限应变梁单元，适合于分析从细长到 中等粗短的梁结构四，如何描述根据虚位移原理来获得单元的刚度矩阵的公式推 导过程。答：根据虚位移原理对单元进行分析时，单元是在等效节点里的作用下处于 平衡的，而这种节点力可采用列阵表示为=履 R；匕 Uj VJ Um .假设在单元中发生有虚位移，则相应的三个节点i、j、m的虚位移为加*=况期物8um次且假设单元内各点的虚位移为jr,并具有与真实立移相同的位移模式。故有口=睡）单元内的虚应变&*为,*二球于是作用在单元体上的外力在虚位移上所做的功可以写为长而单元内的应力在虚应变上所做的功为胖*烝办=例 f Jf5f DfBtdxdy根据虚位移原理，可得到单元的虚功方程即卢砂即打胖他咻加四所以可得r6=同即加帅y记同二口忸回画烝不则有停4小邸上式就是表征单元的节点力和节点位移之间关系的刚度方程，同.就是单元刚度矩阵。