ANSYS實(shí)例分析-飛機(jī)機(jī)翼分解

1、ANSYS實(shí)例分析模型飛機(jī)機(jī)翼模態(tài)分析一，問題講述。如圖所示為一模型飛機(jī)機(jī)翼，其長度方向橫截面形狀一致，機(jī)翼的一 端固定在機(jī)體上，另一端為懸空自由端，試對機(jī)翼進(jìn)行模態(tài)分析并顯 示機(jī)翼的模態(tài)自由度。是根據(jù)一下的參數(shù)求解。機(jī)翼材料參數(shù)：彈性模量EX=7GPa泊松電PRXY=0.26密度 ABDENS=1500kg/m機(jī)翼幾何參數(shù)：A(0, 0); B(2, 0); C(2.5, 0.2) ; D(1.8, 0.45) ; E (1.1 , 0.3)。問題分析該問題屬于動力學(xué)中的模態(tài)分析問題。在分析過程分別用直線段和樣 條曲線描述機(jī)翼的橫截面形狀，選擇PLANE4和SOLID4彈元進(jìn)行求 解。求解步

2、驟:第1步：指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇1,選取菜單途徑 Utility Menu>File>Change Title2.輸入文字 “ Modal analysis of a model airplane wing ”，然 后單擊OK3,選取菜單途徑 Main Menu>Preferences.4.單擊Structure選項(xiàng)使之為ON單擊OK主要為其命名的作用。第2步：定義單元類型1,選取菜單途徑:MainMenu>Preprocessor>Elemen t Type>Add/Edit/Delete 。2 .Element Types 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。E *43

3、 .單擊 Add。Library ofElement Types對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。4 .在左邊的滾動框中單擊“Structural Solid5 .在右邊的滾動框中單擊“Quad 4node 42”6 .單擊 Apply。7 .在右邊的滾動框中單擊“Brick 8node 45 ”。8 .單擊OK9 .單擊Element Types對話框中的Close按鈕國 FrvprWMWrQ Ad<l DOFS平國I UMI國陽yrUJ2pi國：EMliAriS國由 MhKim事 OwCUnQ Ctrl*國 Mwmtwin GrHS A1yhMB9* CM|H國 FLOTUUMI Mf u；p FSI

4、S«t Up區(qū) HMUXd X Up 國 LMdA Phy*31國Gp*ratfiicrnrB畫 SolwtMfl國 i&erffHer*l iMtjprwEDefined Eleioent Types:Typ 巳1PLAWB42Type 2SOLID45第3步：指定材料性能1,選取菜單途徑 Main Menu>Preprocessor>MaterialProps>-Constant-Isot ropic 。Isotropic Material Properties 對 話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .在OK±單擊以指定材料號為1。第二個對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。3 .輸入

5、EX為7E104 .輸入 DEN的 1500、5 .輸入 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”O(jiān)K CmhI|6 .單擊OK第4步：在給定的位置生成關(guān)鍵點(diǎn)1,選取菜單途徑 MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Creat>Keypoints>In Active CS 。Creat Keypoints in Active Coordinate Syst

6、em對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .輸入Keypoint number （關(guān)鍵點(diǎn)號）為1, X,Y,Z位置分別為0,0,0。可用TAB鍵在輸入?yún)^(qū)之間移動。3 .單擊 Apply。4 .對下面的關(guān)鍵點(diǎn)及X, Y, Z位置重復(fù)這一過程：關(guān)鍵點(diǎn)2: 2,0,0關(guān)鍵點(diǎn) 3: 2.3,0.2,0關(guān)鍵點(diǎn) 4: 1.9,0.45,0關(guān)鍵點(diǎn) 5: 1,0.25,05 .輸入完最后一個關(guān)鍵點(diǎn)后，單擊 OK6 .選取菜單途徑 Utility Menu>PlotCtrls>WindowControls>Window Options。7 .在Location of triad 滾動框中，找到“ Not show

7、n”并選中它ANSYSW U 50158.單擊OK9 .選取菜單途徑 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering 。10 .單擊Keypoint numbering使之成為 ON然后單擊 OK在ANSYS 圖形窗口中將出現(xiàn)帶有編號的關(guān)鍵點(diǎn)。第5步：在關(guān)鍵點(diǎn)間生成直線和樣條曲線1 .選取菜單途徑 MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>Straight Line。拾取菜單（Picking Men。Create Straight Lines 將出現(xiàn)。2 .在關(guān)鍵點(diǎn)1和2上按順序

8、各單擊一次。在關(guān)鍵點(diǎn)間將出現(xiàn)一條 直線。3 .在關(guān)鍵點(diǎn)5和1上按順序各單擊一次。在關(guān)鍵點(diǎn)間將出現(xiàn)一條 直線。4 .在拾取菜單中單擊OK5,選取菜單途徑 MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines- Splines>Withoptions > Spline thru kps 。拾取菜單 B_Spline 將出現(xiàn)。6,按順序選中關(guān)鍵點(diǎn)2,3,4,5 ,然后單擊OK B_Spline對話框?qū)?出現(xiàn)。7 .輸入 XV1,YV1,EV1 分別為-1,0,0 , XV6,YV6,EV6分別為 -1,-0.25,0 。8 .單擊O

9、K機(jī)翼的曲線部分將出現(xiàn)在圖中。第6步：生成橫截面1 .選取菜單途徑 MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitary>ByLines。拾取菜單 Create Area by Lines將出現(xiàn)。2 .單擊所有的三條線各一次3 .單擊OK線圍成的面將以高亮度顯示出來4 .在 ANSYS Toolbar 上單擊 SAVE_DBIANSYS T“l(fā)barPsAVE_DB RESUMJBANSYS Main Memi第7步：指定網(wǎng)格密度并對面進(jìn)行網(wǎng)格1,選取菜單途徑 Main Menu>Preprocessor&g

10、t;-Meshing-Size Cntrls>-ManualSize-Global-Size 。Global Element Size 對話框?qū)?出現(xiàn)。5 .在 element edge length（單元邊長）處輸入 0.25。3.單擊OK4,選取菜單MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Free 。拾取菜單 MeshAreas將出現(xiàn)。5,單擊Pick All 。（如果出現(xiàn)警告框，單擊close。請看下面的 注釋。）6 .在 ANSYS Toolbar 上單擊 SAVE_DB第8步：設(shè)置線被劃分的段數(shù)（下圖僅為參考之用，

11、不具備實(shí)際效果，與操作有關(guān)）1.1 .在 MODELINGOPERATEEXTRUDE,ELEM EXT OPT12 .在 Number of element divisions處輸入 10。3 .單擊OK-inlCMtom三WK勺 爵 ttttaiQlMwrQpi BCbktMi BM目用 BCMM 3 scMiftfOrii HHtnMrfCM BAkHhMaM自住inufi *皿|岫* aUMl 圖忡總 打班附1機(jī)1N Hg*第9步：將帶網(wǎng)格的面拉伸成帶網(wǎng)格的體1,選取菜單途徑 Main Menu>meshPreprocessor>-Attributes-Define>

12、Default Attribs 。 Meshing Attributes對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .在 element type number 處輸入 2。3 .單擊OK4,選取菜單途徑 MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude/Sweep>-Areas-By XYZ Offset。拾取菜單 Extrude Area by Offset 將出現(xiàn)。5.單擊 Pick AllExtrude Areas by XYZ Offset對話框?qū)⒊霈F(xiàn)6 .在 offset for extrusion處輸入 0,0,10。7 .單擊OK （

13、如果出現(xiàn)警告框，單擊close。請看下面的注釋。）注意 一 在這個例子中采用SOLID45單元是為了讓ANSYS/E詼 用戶也能做此實(shí)例。使用這種單元會導(dǎo)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.”。如果當(dāng)前使用的不是 ANSYS/ED,可以用SOLID95單元進(jìn)行分析。8 .選取菜單途徑 Utility Menu>PlotCtrls>Pan,Zo

14、om,Rotate 。9 .單擊“ ISO”，然后單擊close。10 .在 ANSYS Toolbar 上單擊 SAVE_DB第10步：進(jìn)入求解器并指定分析類型和選項(xiàng)1,選取菜單途徑 Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis 。 New Analysis 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2.選中Modal analysis ,然后單擊 OK3,選取菜單途徑 Main Menu>Solution>-Analysis Options , Modal Analysis對話框?qū)⒊霈F(xiàn)4 .選中Subspace模態(tài)提取法。5 .在 Number

15、of modes to extract 處輸入 5。6 .單擊 OK Subspace Modal Analysis 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。7 .單擊OK接受缺省值。第11步：釋放已選的PLANE4洋元應(yīng)當(dāng)釋放用于2-D面網(wǎng)格劃分的PLANE44元，因?yàn)樗鼈儾槐貐? .選取菜單途徑 Utility Menu>Select>Entities 。 SelectEntities對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .在對話框上部的兩個滾動框中，選取“ Elements"和" ByAttribute ” 。3 .單擊Elem type num 選項(xiàng)使之成為 ON4 .在Min,Max,Inc區(qū)輸入

16、單元類型號為1。5 .單擊Unselect選項(xiàng)使之成為ON6 .單擊 Apply。第12步：對模型施加約束1 .選取菜單途徑 Utility Menu>Select>Entities 。 Select Entities 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .在對話框上部的兩個滾動框中，選aNodes和“By Location3 .單擊Z coordinates 選項(xiàng)使之為 ON4 .在Min,Max區(qū)輸入Z坐標(biāo)為0。5 .單擊From Full選項(xiàng)使之為ON6 .單擊 Apply。7 .選取菜單途徑 MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structura

17、l-Displacement>-On Nodes拾取菜單 Apply U,ROT on Nodes將會出現(xiàn)。8 .單擊 Pick All 。Apply U,ROT on Nodes 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。9 .單擊“ All自由度（DOF ”。10 .單擊OK11 .在Select Entities對話框中的第二個滾動框中選取“ ByNum/Pick” 。12 .單擊 Sele All13 .單擊 Cancel。A Select Entities* Z coordinates|By Location 二,："X coordinaltiiY coordinates* Z coordina

18、tesMinMax& 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 UeloNodesPilotAirplnlHelp逐訕.1.達(dá)1OKApplyriotHeplol/ Select Entuties|Nod

19、es 二|By Num/Piick“ From Full' ' RcscledAlso Selecl' ' UneledSele All InvertSele None第13步：指定要擴(kuò)展的模態(tài)數(shù)并求解1,選取菜單途徑 Main Menu>Solution>-Load StepOpts-ExpansionPass>Expand Modes。 Expand Modes 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .在 number of modes to expand 處輸入 5。3 .單擊OK4 .選取菜單途徑 Main Menu>Solution>-Sol

20、ve-Current LS 。瀏覽 在/STAT命令對話框中出現(xiàn)的信息，然后使用 File>Close關(guān)閉該對 話框。5 .單擊 OK 在出現(xiàn)警告 “ A check of your model data produced21 warnings. Should the SOLVommancbe executed?"時單擊 Yes。6 .在出現(xiàn)警告 “ A check of your model data produced 1 Warning o Should the SOLV command be executed? ” 時單擊 Yes。7 .求解過程結(jié)束后單擊close 。第

21、14步：列出固有頻率1,選取菜單途徑 Main Menu>General Postproc>Results Summary瀏覽對話框中的信息然后用File>Close關(guān)閉該對話框tproc.ts ,1 tfiE1 !"illsoir UuFa 已bhle11 icn acre tSET IIHEZFRE4 LOAD STEF BUBBTEP CUMULATIUE11.C&T3：ill2 H 版J1223 S5313441.435144S155:torDi as *第15步：觀察解得的五階模態(tài)在X11 Motif 系統(tǒng)中:1 .選取菜單途徑 Main Menu

22、>General Postproc>-ReadResults-First Set 。2 .選取菜單途徑 Utility Menu>PlotCtrls>Animate>Mode Shape Animate Mode Shape對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。3 .在 time delay <seconds> 處輸入 0.5。4 .單擊OK Animation Controller 對話框?qū)霈F(xiàn)，動畫開始播 放。5 .單擊Stop停止動畫播放。6 .選取菜單途徑 Main Menu>General Postproc>-Read Results-Next Set

23、 。7 .選取菜單途徑 Utility Menu>PlotCtrls>Animate>Mode Shape Animate Mode Shape對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。8 .單擊OK接受先前的設(shè)置。動畫開始播放。9 .單擊Stop停止動畫播放。10 .對剩余的三個模態(tài)重復(fù)步驟 69。在 Windows NT 或 Windows 96 系統(tǒng)中：1 .選取菜單途徑 Main Menu>General Postproc>-Read Results-First Set 。2 .選取菜單途徑 Utility Menu>PlotCtrls>Animate>Mode S

24、hape Media Player-file.avi對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。3 .在對話框中選擇Edit>Options。Options對話框?qū)霈F(xiàn)。4 .單擊“ Auto Repeat ”然后單擊OK5 .單擊Play toolbar 上的按鈕（4）觀察動畫播放。6 .單擊Stop toolbar 上的按鈕（<）。7,選取菜單途徑 Main Menu>General PostProc>-Read Results-Next Set 。8 .選取菜單途徑 Utility Menu>Plot Ctrls>Animate>Mode Shape9 .單擊Play to

25、olbar上的按鈕觀察動畫。10 .單擊Stop toolbar 上的按鈕。11 .對剩余的三個模態(tài)重復(fù)步驟 710。一，一階二階模態(tài)三階ANSYSISHF-100:51:45例1X13兄 如=/例Model aul戶im of a »del uzplaM wuugANSYSDI5FIACE3OTMfidjil SMlyais mE a ndtl AirplAoe wlnSIEM5U3 =4 EMil.4352 Uffl =,C454D1HCV 1； 201500:51:45四階叮皿CEI叫=4后招M =a021516五階巴 SEN&EK?5IEF=1SE3 H EM-t=4

26、1,4352 昭=.D45«G1JKl!00:：RSFIACEMMANSYSSIEP-1HEglX溫 3K =.04540100:54:27第16步：退出ANSYS1.在 ANSYS Toolbar 中選 QUIT。72.選 Quit-No Save!3.單擊OK二，請描述平面結(jié)構(gòu)有限元求解的基本步驟針對平面結(jié)構(gòu)問題只須考慮平行于某個平面的位移分量、應(yīng)變分量與應(yīng)力分量，且這些量只是兩個坐標(biāo)的函數(shù)，平面問題分平面應(yīng)力 問題和平面應(yīng)變問題兩類。針對二維的連續(xù)介質(zhì)，對平面結(jié)構(gòu)的有限 元分析步驟如下：1）用虛擬的直線把原介質(zhì)分割成有限個平面單元， 這些直線是單 元的邊界，幾條直線的焦點(diǎn)即為節(jié)

27、點(diǎn)。2）假定個單元在節(jié)點(diǎn)上互相較接，節(jié)點(diǎn)位移是基本的未知量。3）選擇一個函數(shù)，用單元的三個節(jié)點(diǎn)的位移唯一的表示單元內(nèi)部任一點(diǎn) 的位移，此函數(shù)稱為位移函數(shù)。4）通過位移函數(shù)，用節(jié)點(diǎn)位移唯一的表示單元內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變； 再利用廣義的胡克定律，用節(jié)點(diǎn)位移可唯一的表示單元內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng) 力。5）利用能量原理找到與單元內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)等效的節(jié)點(diǎn)力；再利用 單元應(yīng)力與節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，建立等效節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系。6）將每一單元所承受的載荷，按靜力等效原則移置到節(jié)點(diǎn)上。7 ）在每一節(jié)點(diǎn)建立用節(jié)點(diǎn)位移表示的靜力平衡方程，得到一個線 性方程組；解出這個方程組，求出節(jié)點(diǎn)位移；然后可求得每個單元的 應(yīng)力。三，空間結(jié)構(gòu)中一般采用哪些單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，請描述這些常用單元的基本特性。Beam碌受拉、壓、彎、扭的單軸受力單元，每個節(jié)點(diǎn)上有六個自由度：x、y、z三個方向的線位移 和繞x,y,z三個軸的角位移SOLID5三維耦合場體單元，8個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)最多有6個 自由度LINK8三維桿（或桁架