ANSYS機(jī)翼模型模態(tài)分析詳細(xì)過程

1、機(jī)翼模型的模態(tài)分析高空長航的飛機(jī)近年得到了世界的普遍重視。由于其對長航時性能的要求，這種飛機(jī)的機(jī)翼采用非常大的展弦比， 且要求結(jié)構(gòu)重量非常低。大展弦比和低重 量的要求，往往使這類結(jié)構(gòu)受載時產(chǎn)生一系列氣動彈性問題，這些問題構(gòu)成飛行器設(shè)計(jì)和其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不利因素，解決氣動彈性問題歷來為飛機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān) 鍵技術(shù)。顫振的發(fā)生與機(jī)翼結(jié)構(gòu)的振動特性密切相關(guān)。通過對機(jī)翼的模態(tài)分析， 可獲得機(jī)翼翼型在各階頻率下的模態(tài)， 得出振動頻率與應(yīng)變間的關(guān)系，從而可改 進(jìn)設(shè)計(jì)，避免或減小機(jī)翼在使用過程中因振動引起變形。下圖是一個機(jī)翼的簡單模態(tài)分析。該機(jī)翼模型沿著長度方向具有不規(guī)則形狀，而且其橫截面是由直線和曲線構(gòu)成（如圖

2、所示）。機(jī)翼一端固定于機(jī)身上， 另一端則自由懸掛。機(jī)翼材料的常數(shù)為：彈性模量E=0.26GPa，泊松比m=0.3,密度 r = 886 kg/m。yABB (0. 05, 0, 0)C (0.0575,0.005,0)D (0. 0475. 0, 0125,0)E (0. 025, 0.00625,0)圖1機(jī)翼模型的結(jié)構(gòu)尺寸圖1、建立有限元模型1.1定義單元類型自由網(wǎng)格對模型的要求不高，劃分簡單省時省力。選擇面單元PLANE42和體單元Solid45進(jìn)行劃分網(wǎng)格求解。1.2定義材料特性根據(jù)上文所給的機(jī)翼材料常數(shù)定義材料特性，彈性模量E=0.26GPa，泊松比m=0.3，密度 r =886 kg

3、/m。1.3建立幾何模型并分網(wǎng)該機(jī)翼模型比較簡單，可首先建立機(jī)翼模型的截面，再其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然 后對截面拉伸0.25m的長度并劃分10個長度單元，而得到整個模型的網(wǎng)格圖2機(jī)翼模型截面圖圖3盤軸結(jié)構(gòu)的有限元模型1.4模型施加載荷和約束因?yàn)闄C(jī)翼一端固定于機(jī)身上，另一端則自由懸掛，因此對機(jī)翼模型的一端所 有節(jié)點(diǎn)施加位移約束和旋轉(zhuǎn)約束。1.5分析求解本次求解了機(jī)翼模型的前五階模態(tài)，各階固有頻率值如下Fite* INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *SETTIME/FREQLOAD STEPSUBSTEPCONULAT1UE125-718111263-07712231

4、57.901334163.131445356.33155機(jī)翼前五階振動模態(tài)圖如下:ANSYSNODAL SOLUTIONS7EP-1SUB =1EREQ=25.7178 USUM (AVG) Rsys=oDtCC -fi.7038SHX *fi-7038595894214076.7036NODAL SOLUTIONSTEP-150E =2ANSYSAPR 30 2015 21:41:09FREQ=630了71 口 SUMRSYS=0DMX -6. SMX蟲1.491842.983674,175515.9734745910Z 237753.729595 22143石.713262.58147.7

5、4419129076453491161635162793.87209103256903489SMX =11.6163APR 30 201521:41:30NODAL SOLUTIONSTEP “SUB =3FREQ=157.897 USCM (AVG) RSYS=0DMX =11.61631NODAL SOLUTIONANSYSAPR 30 201521:41:58STEE*=1SUB02.95349590699E 860484.430247.3837410.33721.4767S132907ANSYSNODAL SOUHION機(jī)翼的各階模態(tài)及相應(yīng)的變形如表 1及圖6所示。從圖可看出在一 階(

6、14.283 Hz)和二階(61.447Hz)振動模態(tài)下，機(jī)翼主要發(fā)生彎曲變 形，并且離翼根越遠(yuǎn)變形量越大。在三階(90.005 Hz)振動模態(tài)下， 機(jī)翼發(fā)生了彎曲變形和輕微的扭轉(zhuǎn)變形，彎曲變形大，機(jī)翼的外形發(fā)生明顯改變。在四階(138.83Hz)振動模態(tài)下，機(jī)翼主要發(fā)生扭轉(zhuǎn)變 形，變形程度近似與機(jī)翼的厚度成反比，在截面 A點(diǎn)處發(fā)生最大的 變形，變形對機(jī)翼的外形影響輕微。在5階(257.59 Hz)振動模態(tài)下， 機(jī)翼發(fā)生了嚴(yán)重變形，機(jī)翼變形復(fù)雜，彎曲為主，含有多種變形；中間弦線兩側(cè)發(fā)生方向相反的彎曲變形，外形變形嚴(yán)重。機(jī)翼的彎曲主要施加到機(jī)翼的梁和長桁上，而扭轉(zhuǎn)變形主要施加到機(jī)翼的翼肋和 蒙皮上，對一階和二階振動，機(jī)翼可以加強(qiáng)梁和長桁的強(qiáng)度， 避免發(fā)生過大的彎 曲變形，對于四階的振動，機(jī)翼需加強(qiáng)翼肋或采用整體壁板， 避免因扭轉(zhuǎn)變形導(dǎo) 致機(jī)翼外形的改變。三階和五階振動下機(jī)翼變形嚴(yán)重，種類復(fù)雜。如飛行中氣動 彈性頻率與之接近則需要改進(jìn)飛機(jī)機(jī)翼的設(shè)計(jì)，避開發(fā)生此種變形的振動區(qū)域。4結(jié)語不同的振動頻率下，機(jī)翼的模態(tài)不同，變形的種類不同，變形大小不