ANSYS實(shí)例分析-飛機(jī)機(jī)翼

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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(duì)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(dòng)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 MenuFileChange Title2 .輸入文字 “ Modal analysis of a model airplane wing ”，然 后單擊OK3 .選取菜單途徑 Main MenuPreferences.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：MainMenuPreprocessorElemen t TypeAdd/Edit/Delete 。2 .Element Types 對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。E *43 .單擊 Add。Library of

3、Element Types對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。4 .在左邊的滾動(dòng)框中單擊“Structural Solid5 .在右邊的滾動(dòng)框中單擊“Quad 4node 42”6 .單擊 Apply。7 .在右邊的滾動(dòng)框中單擊“Brick 8node 45 ”。8 .單擊OK9 .單擊Element Types對(duì)話框中的Close按鈕國 FrvprWMWrQ AdPreprocessorMaterialProps-Constant-Isot ropic 。Isotropic Material Properties 對(duì) 話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .在OK單擊以指定材料號(hào)為1。第二個(gè)對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。3 .輸入EX為7E104 .

4、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MainMenuPreprocessor-Modeling-CreatKeypointsIn Active CS 。Creat Keypoints in Active Coordinate System對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .輸入Keypoint num

5、ber （關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)）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(dòng)。3 .單擊 Apply。4 .對(duì)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)后，單擊 OK6 .選取菜單途徑 Utility MenuPlotCtrlsWindowControlsWindow Options。7 .在Location of triad 滾動(dòng)框中，找到“ Not shown”并選中它TE RMANSYSW U 50158.單擊OK9 .選取菜單途

6、徑 Utility MenuPlotCtrlsNumbering 。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(hào)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MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Lines-LinesStraight 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

7、拾取菜單中單擊OK5 .選取菜單途徑 MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Lines- SplinesWithoptions 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(duì)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OK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MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-Ar

8、bitaryByLines。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 Memi5 7步：指定網(wǎng)格密度并對(duì)面進(jìn)行網(wǎng)格1 .選取菜單途徑 Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-ManualSize-Global-Size 。Global Element Size 對(duì)話框?qū)?出現(xiàn)。2 .在 element edge length（單

9、元邊長）處輸入 0.25。3.單擊OK4 .選取菜單MainMenuPreprocessor-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(qǐng)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，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OKBhflWIiCtl.-i

10、nlCMtom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 MenumeshPreprocessor-Attributes-DefineDefault Attribs 。 Meshing Attributes對(duì)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 MainMenuPreprocessor-Mode

11、ling-OperateExtrude/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(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)6 .在 offset for extrusion處輸入 0,0,10。7 .單擊OK （如果出現(xiàn)警告框，單擊close。請(qǐng)看下面的注釋。）注意 一 在這個(gè)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(huì)導(dǎo)致如下警告：“ The mesh of volume 1 contains SOLID45 degenera

12、te 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 MenuPlotCtrlsPan,Zoom,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 MenuSolution-Analysis Type-New Analysis

13、。 New Analysis 對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .選中Modal analysis ,然后單擊 OK3 .選取菜單途徑 Main MenuSolution-Analysis Options , Modal Analysis對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)4 .選中Subspace模態(tài)提取法。5 .在 Number of modes to extract 處輸入 5。6 .單擊 OK Subspace Modal Analysis 對(duì)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#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 MenuSe

14、lectEntities 。 SelectEntities對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .在對(duì)話框上部的兩個(gè)滾動(dòng)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)輸入單元類型號(hào)為1。5 .單擊Unselect選項(xiàng)使之成為ON6 .單擊 Apply。第12步：對(duì)模型施加約束1 .選取菜單途徑 Utility MenuSelectEntities 。 Select Entities 對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .在對(duì)話框上部的兩個(gè)滾動(dòng)框中，選“Nodes和By Location3 .單擊Z coordinates 選項(xiàng)

15、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MainMenuSolution-Loads-Apply-Structural-Displacement-On Nodes拾取菜單 Apply U,ROT on Nodes將會(huì)出現(xiàn)。8 .單擊 Pick All 。Apply U,ROT on Nodes 對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。9 .單擊“ All自由度（DOF ”。10.單擊OK* Z coordinates|By Location 二X coordinaltiiY coordinates* Z coordinate

16、sMinMax& 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對(duì)話框中的第二個(gè)滾動(dòng)框中選取“ ByNum/Pick” 。12 .單擊 Sele All13 .單擊 Cancel

17、。A Select EntitiesNodesPilotAirplnlHelp逐訕.1.達(dá)1OKApplyriotHeplol/ Select Entuties|Nodes 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 MenuSolution-Load StepOpts-ExpansionPassExpand Modes。 Expand Modes 對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。2 .在 number of modes to expand 處

18、輸入 5。3 .單擊OK4 .選取菜單途徑 Main MenuSolution-Solve-Current LS 。瀏覽 在/STAT命令對(duì)話框中出現(xiàn)的信息，然后使用 FileClose關(guān)閉該對(duì) 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(shí)單擊 Yes。6 .在出現(xiàn)警告 “ A check of your model data produced 1 Warning。 Should the SOLV command be execute

19、d? ” 時(shí)單擊 Yes。7 .求解過程結(jié)束后單擊close 。第14步：列出固有頻率1.選取菜單途徑 Main MenuGeneral PostprocResults Summary瀏覽對(duì)話框中的信息然后用FileClose關(guān)閉該對(duì)話框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：觀察解得的五階模態(tài)在X11 Motif 系統(tǒng)中:1 .選取

20、菜單途徑 Main MenuGeneral Postproc-ReadResults-First Set 。2 .選取菜單途徑 Utility MenuPlotCtrlsAnimateMode Shape Animate Mode Shape對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。3 .在 time delay 處輸入 0.5。4 .單擊OK Animation Controller 對(duì)話框?qū)?huì)出現(xiàn)，動(dòng)畫開始播 放。5 .單擊Stop停止動(dòng)畫播放。6 .選取菜單途徑 Main MenuGeneral Postproc-Read Results-Next Set 。7 .選取菜單途徑 Utility MenuPlotCt

21、rlsAnimateMode Shape Animate Mode Shape對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。8 .單擊OK接受先前的設(shè)置。動(dòng)畫開始播放。9 .單擊Stop停止動(dòng)畫播放。10 .對(duì)剩余的三個(gè)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 MenuGeneral Postproc-Read Results-First Set 。2 .選取菜單途徑 Utility MenuPlotCtrlsAnimateMode Shape Media Player-file.avi對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。3 .在對(duì)話框中選擇EditOptions。Options

22、對(duì)話框?qū)?huì)出現(xiàn)。5 .單擊Play toolbar 上的按鈕（4）觀察動(dòng)畫播放。6 .單擊Stop toolbar 上的按鈕（General PostProc-Read Results-Next Set 。8 .選取菜單途徑 Utility MenuPlot CtrlsAnimateMode Shape9 .單擊Play toolbar上的按鈕觀察動(dòng)畫。10 .單擊Stop toolbar 上的按鈕。11 .對(duì)剩余的三個(gè)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 wuugANSY

23、SDI5FIACE3OTMfidjil 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=41,4352 昭=.D45G1JKl!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(qǐng)描述平面結(jié)構(gòu)有限元求解的

24、基本步驟針對(duì)平面結(jié)構(gòu)問題只須考慮平行于某個(gè)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(gè)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(duì)二維的連續(xù)介質(zhì)，對(duì)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(gè)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)點(diǎn)。2）假定個(gè)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(gè)函數(shù)，用單元的三個(gè)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

25、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(gè)線 性方程組；解出這個(gè)方程組，求出節(jié)點(diǎn)位移；然后可求得每個(gè)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(qǐng)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(gè)節(jié)點(diǎn)上有六個(gè)自由度：x、y、z三個(gè)方向的線位移 和繞x,y,z三個(gè)軸的角位移SOLID5三維耦合場體單元，8個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有6個(gè) 自由度LINK8三維桿（或桁架）單元，用來模擬：桁架、纜索、連

26、 桿、彈簧等等，是桿軸方向的拉壓單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有三個(gè)自 由度：沿節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系X、Y、Z方向的平動(dòng)Shell434節(jié)點(diǎn)塑性大應(yīng)變單元，適合模擬線性、彎曲及適當(dāng) 厚度的殼體結(jié)構(gòu)。單元中每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有六個(gè)自由度：沿 x、y 和z方向的平動(dòng)自由度以及繞x、y和z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由 度Shell63 彈性殼單元，具有彎曲能力和又具有膜力，可以承 受平面內(nèi)荷載和法向荷載。本單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有6個(gè)自由度：沿節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系X、Y、Z方向的平動(dòng)和沿節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系 X、Y、Z軸 的轉(zhuǎn)動(dòng)SOLID643-D#向異性結(jié)構(gòu)實(shí)體單元，用于各向異性實(shí)體結(jié)構(gòu)的3D建模。單元有8個(gè)結(jié)點(diǎn)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)3個(gè)自由度，即沿x、 y、z的平動(dòng)自由度SOLID

27、65用于含鋼筋或不含鋼筋的三維實(shí)體模型。該實(shí)體模型 可具有拉裂與壓碎的性能PLANE754節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱諧波熱單元，作軸對(duì)稱環(huán)單元，具有 3維熱傳 導(dǎo)能力。本單元有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)自由度-溫度TEMPPLANE788節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱-諧波熱單元，軸對(duì)稱環(huán)單元，具有3維熱傳導(dǎo) 能力。本單元有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)自由度-溫度 TEMPBeam1883維線性有限應(yīng)變梁單元，適合于分析從細(xì)長到 中等粗短的梁結(jié)構(gòu)四，如何描述根據(jù)虛位移原理來獲得單元的剛度矩陣的公式推 導(dǎo)過程。答：根據(jù)虛位移原理對(duì)單元進(jìn)行分析時(shí)，單元是在等效節(jié)點(diǎn)里的作用下處于 平衡的，而這種節(jié)點(diǎn)力可采用列陣表示為=履 R；匕 Uj VJ Um .假設(shè)在單元中發(fā)生有虛位移，則相應(yīng)的三個(gè)節(jié)點(diǎn)i、j、m的虛位移為加*=況期物8um次且假設(shè)單元內(nèi)各點(diǎn)的虛位移為jr,并具有與真實(shí)立移相同的位移模式。故有口=睡）單元內(nèi)的虛應(yīng)變&*為,*二球于是作用在單元體上的外力在虛位移上所做的功可以寫為長而單元內(nèi)的應(yīng)力在虛應(yīng)變上所做的功為胖*烝辦=例 f Jf5f DfBtdxdy根據(jù)虛位移原理，可得到單元的虛功方程即盧砂即打胖他咻加四所以可得r6=同即加帥y記同二口忸回畫烝不則有停4小邸上式就是表征單元的節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移之間關(guān)系的剛度方程，同.就是單元?jiǎng)偠染仃嚒?/p>