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)計和其它結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不利因素，解決氣動彈性問題歷來為飛機(jī)設(shè)計中的關(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，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（如圖所示）。機(jī)翼

2、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。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/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

3、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為機(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機(jī)翼前五階振動模態(tài)圖如下：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( 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

4、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，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，變形大小不同。實際設(shè)計翼型時需要考慮飛行環(huán)境中氣動彈性的頻率，避免機(jī)翼發(fā)生過