ANSYS實例分析-飛機機翼

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1、精品文檔，僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 ANSYS實例分析 ——模型飛機機翼模態(tài)分析 一，問題講述。 如圖所示為一模型飛機機翼，其長度方向橫截面形狀一致，機翼的一端固定在機體上，另一端為懸空自由端，試對機翼進行模態(tài)分析并顯示機翼的模態(tài)自由度。是根據(jù)一下的參數(shù)求解。 機翼材料參數(shù)：彈性模量EX=7GPa；泊松比PRXY=0.26；密度DENS=1500kg/m3。 機翼幾何參數(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

2、動力學中的模態(tài)分析問題。在分析過程分別用直線段和樣條曲線描述機翼的橫截面形狀，選擇PLANE42和SOLID45單元進行求解。 求解步驟： 第1 步：指定分析標題并設(shè)置分析范疇 1.選取菜單途徑Utility Menu>File>Change Title 2.輸入文字“Modal analysis of a model airplane wing”，然后單擊OK。 3.選取菜單途徑Main Menu>Preferences. 4.單擊Structure選項使之為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:Main Menu>Preproces

3、sor>Element Type>Add/Edit/Delete。 2.Element Types對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 3.單擊Add。Library of Element Types對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 4.在左邊的滾動框中單擊“Structural Solid”。 5.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OK。 9.單擊Element Types對話框中的Close按鈕。 第3 步：指定材料性能 1.選取菜單途徑Main Menu>Preprocessor>Material

4、Props>-Constant-Isot ropic。Isotropic Material Properties對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 2.在OK上單擊以指定材料號為1。第二個對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 3.輸入EX為7E10 4.輸入DENS為1500、 5.輸入PRXY為0.26。 6.單擊OK。 第4 步：在給定的位置生成關(guān)鍵點 1.選取菜單途徑Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Creat>Keypoints>In Active CS。Creat Keypoints in Active Coordinate System對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 2.輸入Keypoint

5、 number（關(guān)鍵點號）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)鍵點及X，Y，Z位置重復這一過程： 關(guān)鍵點2：2,0,0 關(guān)鍵點3：2.3,0.2,0 關(guān)鍵點4：1.9,0.45,0 關(guān)鍵點5：1,0.25,0 5.輸入完最后一個關(guān)鍵點后，單擊OK。 6.選取菜單途徑Utility Menu>PlotCtrls>Window Controls>Window Options。 7.在Location of triad滾動框中，找到“Not shown”并選中它。 8.單擊OK。 9.選取菜單途徑Utili

6、ty 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。 第5 步：在關(guān)鍵點間生成直線和樣條曲線 1.選取菜單途徑Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines> Straight Line。拾取菜單（Picking Menu）Create Straight Lines將出現(xiàn)。 2.在關(guān)鍵點1和2上按順序各單擊一次。在關(guān)鍵點間將出現(xiàn)一條直線。 3.在關(guān)鍵點5和1上按順序各單擊一次。在關(guān)鍵點間將出現(xiàn)一條直線

7、。 4.在拾取菜單中單擊OK。 5.選取菜單途徑Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines- Splines>With options > Spline thru kps。拾取菜單B_Spline將出現(xiàn)。 6.按順序選中關(guān)鍵點2,3,4,5，然后單擊OK。B_Spline對話框?qū)⒊霈F(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Main Menu>Preprocessor>-Modeling

8、-Create>-Areas-Arbitary>By Lines。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_DB。 第7 步：指定網(wǎng)格密度并對面進行網(wǎng)格 1.選取菜單途徑Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-ManualSize-Global-Size。Global Element Size對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 2.在element edge length（單元邊長）處輸入0.25。 3.單擊OK

9、。 4.選取菜單Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Free。拾取菜單Mesh Areas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，不具備實際效果，與操作有關(guān)） 1.在MODELING、OPERATE、EXTRUDE,ELEM EXT OPT1 2.在Number of element divisions處輸入10。 3.單擊OK。 第9 步：將帶網(wǎng)格的面拉伸成帶網(wǎng)格的體 1

10、.選取菜單途徑Main Menu>mesh Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs。Meshing Attributes對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 2.在element type number處輸入2。 3.單擊OK。 4.選取菜單途徑Main Menu>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 All。Extrude Areas by XYZ Offset對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。

11、 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。請看下面的注釋。） 注意 ─ 在這個例子中采用SOLID45 單元是為了讓ANSYS/ED 版用戶也能做此實例。使用這種單元會導致如下警告：“The mesh of volume 1 contains SOLID 45 degenerate elements ， which are much too stiff in bending. Use quadratic elements if posssble. ”。如果當前使用的不是ANSYS/ED ，可以用SOLID95 單元

12、進行分析。 8.選取菜單途徑Utility Menu>PlotCtrls>Pan,Zoom,Rotate。 9.單擊“ISO”，然后單擊close。 10.在ANSYS Toolbar上單擊SAVE_DB。 第10 步：進入求解器并指定分析類型和選項 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OK。 3.選取菜單途徑Main Menu>Solution>-Analysis Options，Modal Analysis 對話框

13、將出現(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對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 7.單擊OK接受缺省值。 第11 步：釋放已選的PLANE42單元 應當釋放用于2-D面網(wǎng)格劃分的PLANE42單元，因為它們不必參與分析。 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，選取“Elements”和“By Attribute”。 3.單擊Elem type num選

14、項使之成為ON。 4.在Min,Max,Inc區(qū)輸入單元類型號為1。 5.單擊Unselect選項使之成為ON。 6.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“Nodes”和“By Location”。 3.單擊Z coordinates選項使之為ON。 4.在Min,Max區(qū)輸入Z坐標為0。 5.單擊From Full選項使之為ON。 6.單擊Apply。 7.選取菜單途徑Main Menu>Solution>-

15、Loads-Apply>-Structural-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OK。 11.在Select Entities對話框中的第二個滾動框中選取“By Num/Pick”。 12.單擊Sele All。 13.單擊Cancel。 第13 步：指定要擴展的模態(tài)數(shù)并求解 1.選取菜單途徑Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Expansio

16、nPass>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OK。 4.選取菜單途徑Main Menu>Solution>-Solve-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 produced 21 warnings. Should the SOLV command be executed?”時單擊Yes。 6.在出現(xiàn)警告“A check of

17、your model data produced 1 Warning。 Should the SOLV command be executed?”時單擊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 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。 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>General Postproc>-Read Results-First Set。 2.選取菜單途

18、徑Utility Menu>PlotCtrls>Animate>Mode Shape。Animate Mode Shape對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 3.在time delay 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。 7.選取菜單途徑Utility Menu>PlotCtrls>Animate>Mode Shape。Animate Mode Shape對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。

19、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)重復步驟6～9。 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 Shape。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OK。 5.單

20、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 Shape。 9.單擊Play toolbar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)重復步驟7～10。 一，一階 二階模態(tài) 三階 四階 五階 第16 步：退出ANSYS 1.在ANSYS Toolbar中選QU

21、IT。7 2.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、應變分量與應力分量，且這些量只是兩個坐標的函數(shù)，平面問題分平面應力問題和平面應變問題兩類。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，幾條直線的焦點即為節(jié)點。 2）假定個單元在節(jié)點上互相鉸接，節(jié)點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)點的位移唯一的表示單元內(nèi)部任一點的位移，此函數(shù)稱為位移函數(shù)。 4）通過位移函數(shù)，用節(jié)點位移唯一的表示單元內(nèi)任一

22、節(jié)點的應變；再利用廣義的胡克定律，用節(jié)點位移可唯一的表示單元內(nèi)任一點的應力。 5）利用能量原理找到與單元內(nèi)部應力狀態(tài)等效的節(jié)點力；再利用單元應力與節(jié) 點位移的關(guān)系，建立等效節(jié)點力與節(jié)點位移的關(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)點上。 7 )在每一節(jié)點建立用節(jié)點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)點位移；然后可求得每個單元的應力。 三，空間結(jié)構(gòu)中一般采用哪些單元進行網(wǎng)格劃分，請描述這些常用單元的基本特性。Beam4承受拉、壓、彎、扭的單軸受力單元，每個節(jié)點上有六個自由度：x、y、z三個方向的線位移和繞x,y,z三個軸的角位移

23、 SOLID5三維耦合場體單元，8個節(jié)點，每個節(jié)點最多有6個自由度 LINK8三維桿（或桁架）單元，用來模擬：桁架、纜索、連桿、彈簧等等，是桿軸方向的拉壓單元，每個節(jié)點具有三個自由度：沿節(jié)點坐標系X、Y、Z方向的平動 Shell434節(jié)點塑性大應變單元，適合模擬線性、彎曲及適當厚度的殼體結(jié)構(gòu)。單元中每個節(jié)點具有六個自由度：沿x、y和z方向的平動自由度以及繞x、y和z軸的轉(zhuǎn)動自由度 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。本單元每個節(jié)點具有6個自由度：沿節(jié)點坐標系X、Y、Z方向的平動和沿節(jié)點坐標系X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動 SOLID643-D各向異性結(jié)

24、構(gòu)實體單元，用于各向異性實體結(jié)構(gòu)的3D建模。單元有8個結(jié)點，每個結(jié)點3個自由度，即沿x、y、z的平動自由度 SOLID65用于含鋼筋或不含鋼筋的三維實體模型。該實體模型可具有拉裂與壓碎的性能 PLANE75 4節(jié)點軸對稱諧波熱單元，作軸對稱環(huán)單元，具有3維熱傳導能力。本單元有4個節(jié)點，每個節(jié)點只有一個自由度–溫度TEMPPLANE78 8節(jié)點軸對稱-諧波熱單元，軸對稱環(huán)單元，具有3維熱傳導能力。本單元有8個節(jié)點，每個節(jié)點只有一個自由度–溫度TEMPBeam1883維線性有限應變梁單元，適合于分析從細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過程。 【精品文檔】第 16 頁