某机翼结构的固有频率和振型分析

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某机翼结构的固有频率和振型分析

Open Journal of Acoustics and Vibration 声学与振动, 2019, 7(1), 12-19Published Online March 2019 in Hans. /journal/ojavhttps:///10.12677/ojav.2019.71002Analysis for Natural Frequency and ModeShape of Wing StructureLiang Chen, Jinwu Wu, Hanqing LiCollege of Aero Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang JiangxiReceived: Feb. 10th, 2019; accepted: Feb. 22nd, 2019; published: Mar. 1st, 2019AbstractIn this electronic document, the FEM is used to simulate and analyze the natural frequency and vi-bration mode of a certain UAV composite wing. By using the non-contact laser vibrometer equip-ment, in order to eliminate the influence of boundary conditions on the vibration characteristics of the wing structure, the vibration characteristics of the wing are measured by free boundary conditions, and the first 4 natural frequencies and vibrations of the composite wing are obtained.At the same time, the finite element simulation results are compared. The calculation results show that the simulation results are basically consistent with the experimental results.KeywordsWing Structure, Experimental Analysis, Natural Frequency, Mode Shape某机翼结构的固有频率和振型分析陈亮，吴锦武，李汉青南昌航空大学飞行器工程学院，江西南昌收稿日期：2019年2月10日；录用日期：2019年2月22日；发布日期：2019年3月1日摘要本文采用有限元和试验对某一无人机复合材料机翼的固有频率和振型进行仿真和实验分析。

结构设计知识：结构设计中的自由振动分析

结构设计知识：结构设计中的自由振动分析自由振动分析是结构设计中十分重要的一环，它可以帮助分析结构在无外力作用下自然振动的情况，为结构的设计提供基础指导和优化设计的方向。

自由振动分析是一种在无外力作用下模拟结构振动行为的方法，可以分析出结构的固有频率和振型。

结构的固有频率取决于结构形状、材料、质量等因素，是一种结构本身固有的振动频率。

振型指的是在结构固有频率下，结构的不同部位产生的变形情况。

在进行自由振动分析时，需要通过有限元分析等方法建立结构的数学模型，并通过求解结构的动力学方程得到结构的固有频率和振型。

其中，动力学方程体现了结构的质量、弹性、阻尼等特性。

结构的动力学方程一般可以表示为：Mx''+Cx'+Kx=0其中，M是结构的质量矩阵，C是结构的阻尼矩阵，K是结构的刚度矩阵，x''，x'，x分别表示结构的加速度、速度、位移。

通过求解动力学方程，可以得到结构在各个固有频率下的振型和固有频率值。

这些固有频率值和振型可以帮助设计师了解结构的振动特性，并在设计中优化结构的形状和材料，以使得结构在实际工作状态下能够有更好的抗振性能。

自由振动分析在结构设计中的应用非常广泛，例如在建筑领域，可以通过自由振动分析来优化建筑物结构的抗震能力；在机械设计中，可以通过自由振动分析来优化机械零件的结构，提高机械的工作效率和稳定性；在航空领域，可以通过自由振动分析来优化飞机部件的形状和材料，提高整个飞机的结构性能等等。

总之，自由振动分析是结构设计中非常重要的一环，它可以帮助设计师了解结构的振动特性，优化结构的形状和材料，提高结构的抗振能力。

在实际的结构设计中，设计师应该根据实际需要，合理地运用自由振动分析的方法，以确保结构的设计和建造质量。

航空航天工程中的结构振动与噪声分析与优化

航空航天工程中的结构振动与噪声分析与优化航空航天工程是一个高度复杂和要求严苛的领域，结构振动与噪声控制是其中非常重要的一个方面。

航空航天器的结构在运行过程中会受到各种力的作用，这些力引起的振动会产生噪声，进而影响到乘客的舒适感和航空设备的性能。

因此，在航空航天工程中，进行结构振动与噪声分析与优化显得尤为重要。

一、结构振动分析1. 自由振动分析自由振动是指结构在没有外部强迫力作用下的振动。

自由振动分析能够帮助工程师了解结构的天然频率、振型和阻尼等特性。

通过获取这些信息，可以为后续的设计和优化提供基础。

2. 强迫振动分析强迫振动是指结构在受到外界激励力的作用下产生的振动。

强迫振动分析能够帮助工程师了解结构的响应情况，判断是否会产生共振，从而避免结构的失效或破坏。

二、噪声分析1. 噪声源的识别通过对飞机各个部位进行噪声分析，可以确定哪些部位是主要的噪声源。

例如，发动机、起落架、风扇等都可能产生噪声，并且不同的噪声源会受到不同的因素影响，如转速、气流速度等。

2. 噪声传播路径分析噪声的传播路径是指噪声从噪声源传播到乘客耳朵的路径。

在噪声传播路径分析中，需要考虑噪声的传播特性，例如传播的距离、传播的方式（空气传播或结构传播）等。

三、优化措施1. 结构优化针对结构振动与噪声问题，可以通过优化结构设计来减小振动和噪声的影响。

例如，采用合适的材料、调整结构的几何形状、增加结构的刚度等方法可以减小结构的振幅和共振现象，从而减少噪声产生。

2. 声学优化声学优化是指通过合理的声学设计和控制方法来减少噪声的产生和传播。

例如，在发动机设计中，可以通过优化燃烧室结构、改进排气系统等方式来减少发动机噪声。

四、振动与噪声分析与优化的工具与技术1. 有限元分析有限元分析是一种常用的工程分析方法，可以对结构进行力学和振动分析。

通过有限元分析，可以计算结构的固有频率、振型和响应等参数，从而指导优化设计。

2. 振动测试与分析振动测试与分析是通过传感器等设备对结构进行实际测试，并结合信号处理和数据分析技术来获得结构振动特性的方法。

机械系统的固有频率分析与改进方法

机械系统的固有频率分析与改进方法导言：机械系统在工程领域起着重要的作用，而固有频率则是决定机械系统性能的重要指标之一。

通过对机械系统固有频率的分析与改进，可以提高机械系统的工作效率、减少能量损耗，进而改善整个工程系统的运行性能。

本文将探讨机械系统固有频率的分析方法和改进策略。

一、什么是机械系统的固有频率？机械系统的固有频率是指在没有外界干扰力情况下，机械系统固有振动产生的频率。

机械系统的固有频率主要与系统的质量、刚度以及振动模式相关。

固有频率可以通过数学模型和实验手段得到。

二、机械系统固有频率的分析方法1. 数学模型法：通过建立机械系统的数学模型，可以利用数学方法推导出系统的固有频率。

常用的数学模型包括方程法、有限元法等。

方程法适用于简单的机械系统，而对于复杂的机械系统，有限元法更为适用。

2. 模态分析法：模态分析方法通过计算机仿真，得到机械系统的模态振型和固有频率。

在模态分析中，可以通过改变系统的质量、刚度等参数，来观察固有频率的变化情况。

模态分析方法可以较为准确地计算出机械系统的固有频率。

3. 实验测量法：实验测量法是通过在实际机械系统上进行试验来测量其固有频率。

常用的实验方法包括共振法、频率扫描法等。

实验测量法的优点在于可以直接得到系统的固有频率，但是受实验条件限制，相对较为耗时和复杂。

三、机械系统固有频率的改进方法1. 优化设计：通过改变机械系统的结构和参数，来提高机械系统的固有频率。

优化设计包括减小机械系统的质量、增加系统的刚度等。

在设计过程中，可以利用数学模型或者模态分析方法，来预测和优化机械系统的固有频率。

2. 隔振措施：通过在机械系统中增加合适的隔振装置，来抑制振动传递和能量耗散。

隔振措施包括添加隔振垫、减振器等。

隔振装置的安装位置和参数的选择需要根据具体的机械系统和振动特性进行合理设计和优化。

3. 材料选择和加工工艺：在机械系统的材料选择和加工工艺上，可以通过合理的选择材料和改进工艺，来提高系统的刚度和固有频率。

飞机结构的振动特性分析与减振设计

飞机结构的振动特性分析与减振设计1. 引言飞机是一种复杂的工程系统，其结构在使用过程中会受到各种载荷作用而发生振动。

这些振动不仅会对飞机性能、舒适性和安全性产生影响，也会对乘客和机组人员的身体健康造成潜在威胁。

因此，对飞机结构的振动特性进行分析和减振设计至关重要。

2. 飞机结构的振动特性分析2.1 飞行加速度场的建立在飞机振动特性分析中，首先需要建立飞行加速度场。

飞行加速度场是描述飞机在各飞行工况下所受到的加速度分布的数学模型。

通过飞行加速度场的建立，可以确定飞机不同位置的加速度响应，进而分析飞机结构的振动特性。

2.2 结构模态分析结构模态分析是飞机振动特性分析的重要手段。

通过模态分析，可以得到飞机结构的固有频率、振型和阻尼特性等信息。

这些参数对于评估飞机结构的振动响应和提出减振设计方案非常关键。

3. 飞机结构的减振设计3.1 主动减振设计主动减振设计采用主动控制手段，通过在飞机结构中引入能够感知和响应振动的传感器、执行器和控制算法等，来实现对振动的主动控制和减小。

主动减振设计可以根据振动特性的分析结果，调节控制参数和控制策略，使飞机结构能够实时地消除或减小振动响应，提高飞机的舒适性和安全性。

3.2 被动减振设计被动减振设计通过在飞机结构中引入各种减振装置，如减振器、阻尼器等，来消耗和吸收结构振动的能量，降低振动响应。

被动减振设计不需要外部能源输入，具有成本低、可靠性高等优点，可以在设计初期就通过结构参数的优化来实现减振效果。

4. 结论飞机结构的振动特性分析和减振设计是保证飞机性能和舒适性的重要工作。

振动特性分析可以为减振设计提供准确的基础数据，而减振设计可以通过引入主动或被动减振手段来降低飞机结构的振动响应。

进一步的研究和发展将有助于提高飞机结构的振动控制技术，为飞机的舒适性和安全性提供更好的保障。

机翼振动模态试验与颤振分析

机翼振动模态试验与颤振分析1 引言高空长航时飞机近年来得到了世界的普遍重视。

由于其对长航时性能的要求，这种飞机的机翼往往采用非常大的展弦比，且要求结构重量非常低。

大展弦比和低重量的要求，往往使得这类结构受载时产生一系列气动弹性问题，如机翼结构的静气动弹性发散、颤振等等。

这些问题构成飞行器设计和其它结构设计中的不利因素，甚至极为有害，解决气动弹性问题历来为飞机设计中的关键技术。

气动弹性问题又分为静气动弹性问题和动气动弹性问题。

在动气动弹性问题领域中最令人关注的是颤振问题。

颤振现象是气动力、结构弹性力和惯性力三者耦合的结果。

所以颤振的发生与机翼结构的振动特性密切相关。

在对机翼进行颤振特性的数值计算时，颤振计算结果的正确性和精确性取决于机翼各阶固有振动模态的精确性。

真实机翼的固有模态可以通过模态试验测得。

根据颤振数值计算过程的需要，参与计算的各阶模态必须正交，而试验测得的模态并不严格正交，且因为结构阻尼的存在，模态通常为复数。

有一种处理方法是通过取幅值，把各阶模态变为实模态，然后对求得的广义质量阵、刚度阵进行修正，使其变为对角阵从而方便数值计算;另一种方法是直接建立机翼的有限元模型，通过数值计算求得固有模态(满足正交性)，但是计算所得模态的正确性需要通过模态试验进行验证。

在实际工程中，通常采用第二种方法，本文也采用这种方法的思路。

本文研究对象为一个大展弦比平板机翼模型：一块半展长 1 米，弦长0.12 米，厚度1.8毫米的铝板，边界条件为根部固支。

2 模态数值分析有限元模型作为颤振分析的基础，也是试验模态结果正确性验证的重要参考。

另外根据计算所得的各阶主要模态的节线位置，可以确定传感器测量点和激振点的布放位置(尽量将激振点和测量点放置在远离各阶节线的位置，如果正好在某阶节线上，则该阶模态无法激励出或测量不到)。

所以在试验前须根据实际结构建立一个能够充分反映结构质量、刚度特性的有限元模型。

使用Nastran 有限元计算软件进行根部固支状态下的振动模态计算，得到结果如表 1 所示。

机械结构固有频率分析与优化

机械结构固有频率分析与优化机械结构是人工制造出来的具有特定功能的物体，如汽车发动机、桥梁、飞机机翼等。

在设计和制造机械结构时，固有频率分析与优化是一个非常重要的步骤。

通过对机械结构的固有频率进行分析和优化，可以提高结构的稳定性和可靠性，减少结构的振动和疲劳破坏，从而延长结构的使用寿命。

固有频率是指机械结构在没有外部激励的情况下自由振动的频率。

每个机械结构都有多个固有频率，对应于不同的振动模态。

固有频率的高低直接影响着机械结构的动态响应和振动特性。

较低的固有频率可能导致结构共振，造成动态失稳和结构破坏；而较高的固有频率则可以减小结构振动的幅度和响应，提高结构的稳定性和工作效率。

固有频率的分析可以通过有限元方法进行。

有限元方法是一种将复杂结构分割成小的有限单元，通过计算每个单元的振动特性，然后将这些单元牵连起来得到整个结构的振动响应的数值计算方法。

在有限元分析中，固有频率一般通过求解结构的特征方程得到。

特征方程是一个关于固有频率与振型的本征值问题，通过数值求解可以得到结构的固有频率和相应的振动模态。

固有频率分析的结果可以用来指导结构的优化设计。

在机械结构的优化设计中，通常需要对结构的材料、构型和连接等参数进行调整，以使得结构的固有频率达到设计要求。

例如，对于桥梁结构来说，为了防止共振和减小结构的振动，可以增大桥梁的自然频率，有助于提高桥梁的稳定性和承载能力。

而对于飞机机翼来说，需要根据不同飞行状态和工作要求，调整机翼的结构参数，以提高固有频率，减小结构的振动。

除了固有频率的分析和优化，机械结构的动态特性还包括振动模态、振动幅值和振动形态等。

在进行固有频率分析时，也可以得到结构的不同振动模态的形态和频率。

振动幅值和振动形态可以通过模态分析和振动实验得到，用来评估结构在不同振动状态下的响应和振幅。

根据振动特性的分析结果，可以对结构的材料和构造进行优化设计，以提高结构的稳定性和工作效率。

综上所述，机械结构固有频率分析与优化是设计和制造过程中不可或缺的一环。

基于ANSYS的机翼振动模态分析

基于ANSYS的机翼振动模态分析机翼振动模态分析是通过ANSYS软件进行的一种分析技术，可以帮助工程师和设计师了解机翼在不同工作条件下的振动特性，以便优化设计和改进结构。

本文将详细介绍ANSYS在机翼振动模态分析中的应用，并展示其重要性和优势。

首先，机翼振动模态分析是用来计算和分析机翼在不同频率和振动模态下的振动特性。

这对于工程师和设计师来说非常重要，因为机翼的振动性能直接影响到航空器的性能和安全。

振动模态分析可以帮助确定机翼的自然频率，即机翼在没有外部激励下的自由振动频率。

此外，还可以分析机翼的模态形状和振动幅度，以便预测和评估机翼在不同工况下的振动响应。

ANSYS是一种用于有限元分析的强大软件工具，具有广泛的应用领域，包括航空航天、汽车和机械工程等。

在机翼振动模态分析中，ANSYS可以使用多个模块和工具来进行不同类型的分析，如静态分析、模态分析和频率响应分析。

其中，模态分析通常是机翼振动模态分析的主要技术。

在进行机翼振动模态分析之前，需要进行一些前期准备工作。

首先，需要绘制机翼的几何模型，并对其进行网格划分。

ANSYS提供了多种网格划分工具，如有限元网格划分器和自动网格生成器。

然后，需要定义机翼的材料特性和边界条件，如约束和加载条件。

在模态分析中，ANSYS可以计算机翼的固有频率和模态形状。

具体而言，可以通过求解机翼的特征方程来计算其固有频率和模态形状。

通过使用ANSYS的模态分析模块，可以自动求解特征方程，并得到机翼的不同模态频率和模态形状。

通过分析机翼的不同模态频率和模态形状，可以得到以下几点重要信息。

首先，可以确定机翼的固有频率范围，即机翼在不同频率范围内的振动特性。

这对于航空器的设计和改进非常重要，因为它可以帮助设计师避免机翼的固有频率与外部激励频率一致，从而减小机翼的共振现象。

其次，可以得到机翼的不同模态形状。

这对于分析机翼的结构刚度分布和优化结构设计非常重要。

值得一提的是，ANSYS还提供了其他一些分析技术和工具，如频率响应分析和降阶模型。

机械结构的振动模态分析与优化设计

机械结构的振动模态分析与优化设计引言机械结构的振动问题一直是工程领域的研究热点之一。

振动问题主要影响结构的安全性、可靠性和性能。

因此，在机械结构设计过程中，振动模态分析和优化设计显得尤为重要。

本文将探讨机械结构振动模态分析和优化设计的方法与实践。

一、振动模态分析振动模态分析是研究结构振动特性的一种方法。

通过振动模态分析，可以获取结构的固有频率、振型形态和模态的阻尼特性等信息。

振动模态分析的目的是为了了解结构的振动特性，为优化设计提供依据。

在进行振动模态分析时，首先需要使用有限元分析（FEA）的方法建立结构的有限元模型。

然后，通过求解结构的特征值问题，可以得到结构的固有频率和模态形态。

振动模态分析的结果可以通过模态分析软件进行可视化展示，更加直观地观察结构的振动行为。

二、振动模态的影响因素振动模态的特性受到多个因素的影响。

首先，结构的几何形状和材料性质是影响振动模态的主要因素。

例如，结构的尺寸和形状会影响固有频率和振型形态。

材料的弹性模量和密度也会影响结构的固有频率。

其次，结构的边界条件和约束条件也会影响振动模态的特性。

边界条件是指结构与周围环境的约束关系，例如结构的支座条件。

约束条件是指结构内部各部件之间的连接关系。

边界条件和约束条件会影响结构的振动自由度，并且改变结构的固有频率和振型。

最后，结构的质量分布和强度分布也会对振动模态产生影响。

质量分布是指结构各部件的质量分布情况，不同的质量分布会导致结构的固有频率不同。

强度分布是指结构各部件的强度和刚度分布情况，不同的强度分布会导致结构的振动行为不同。

三、振动模态优化设计在振动模态优化设计中，目标是通过调整结构的参数，使得结构的振动模态满足设计要求。

优化设计可以分为两个层次：一是基于结构的几何参数和材料参数的优化设计；二是基于结构的边界条件和约束条件的优化设计。

在第一个层次的优化设计中，可以使用参数化建模的方法，通过改变结构的几何参数和材料参数，来调整结构的固有频率和振型。

基于机械振动特性的飞机机翼结构设计与优化研究

基于机械振动特性的飞机机翼结构设计与优化研究引言飞机机翼是飞行器的重要部件之一，负责提供升力和操控飞机的稳定性。

机翼结构设计和优化对飞行器的性能和安全至关重要。

本文将探讨基于机械振动特性的飞机机翼结构设计与优化的研究。

一、飞机机翼的构造与振动特性飞机机翼由内、外翼和翼肋等部分构成。

在飞行中，机翼受到气动力的作用，会发生振动。

机翼的振动特性取决于结构的材料、几何形状和承载情况等因素。

了解飞机机翼的振动特性对于机翼结构的设计和优化至关重要。

二、机翼结构设计中的振动特性考虑在机翼结构设计中，振动特性需要被充分考虑。

首先，需要确定机翼结构的自然频率和振型。

自然频率是结构在无外加力的情况下固有振动的频率。

振型描述了结构在振动时各部位的运动方式。

了解自然频率和振型对于避免共振现象以及提高结构的稳定性至关重要。

其次，需要对机翼结构进行有限元分析，可以通过计算和模拟来评估不同设计参数对振动特性的影响。

最后，可以通过加装阻尼器或优化结构来减弱机翼的振动，提高飞行器的安全性和舒适性。

三、机翼结构的优化设计方法机翼结构的优化设计旨在提高机翼的性能和减少振动。

有以下几个方面可以考虑：1. 材料选择：选择适合的材料可以提高机翼的刚度和强度。

例如，使用高强度轻质材料可以减少机翼的重量，并提高结构的刚度，从而减小振动的影响。

2. 结构几何形状优化：通过改变机翼的几何形状，可以减小气动力对机翼的作用，从而减小振动的幅度。

例如，增加机翼的展长可以减小结构的柔度，降低振动的影响。

3. 结构优化：通过有限元分析和优化算法，可以对机翼结构进行优化设计。

通过改变支撑结构的布局和参数，可以提高机翼的性能，并减小振动的幅度。

四、实例研究：某型号飞机机翼结构设计与优化以某型号飞机机翼结构为例，我们进行了设计与优化研究。

首先，我们进行了振动特性的分析，确定了机翼的自然频率和振型。

接着，我们使用有限元分析和优化算法对机翼的结构参数进行了优化。

通过改变机翼的材料、几何形状和支撑结构的布局，我们成功地提高了机翼的刚度和强度，并减小了振动的影响。

机械振动学中的固有频率与振型分析

机械振动学中的固有频率与振型分析机械振动学是研究机械系统在受到外界激励作用下产生振动现象的一门学科。

在机械系统中，固有频率与振型分析是非常重要的内容，可以用来描述系统的动态特性和振动行为。

本文将介绍机械振动学中固有频率与振型分析的基本概念和应用。

一、固有频率固有频率是指机械系统在没有外界激励下自由振动的频率。

对于一个简单的振动系统，其固有频率可以通过运动方程的解析解求得。

固有频率是系统的固有特性之一，可以用来描述系统的动态响应特性和结构的刚度、质量、阻尼等参数。

在实际工程应用中，固有频率的计算对于系统结构设计和振动控制至关重要。

通过对系统的固有频率进行分析，可以避免共振现象的发生，减小系统动态响应，提高系统的稳定性和可靠性。

二、振型分析振型分析是指对机械系统的振动模式和振动幅值进行分析和描述。

振型是指系统在特定频率下的振动模式，可以通过振动实验和有限元分析等方法得到。

振型分析可以提供系统的模态形式和振动幅值信息，有助于分析系统的受力情况和结构设计。

振型分析在工程实践中具有广泛的应用，可以用于评估系统的结构健康状况、辅助设计优化和振动控制。

通过对系统的振型进行分析，可以找到系统的薄弱环节和潜在问题，及时进行改进和优化，提高系统的性能和可靠性。

三、结语固有频率与振型分析是机械振动学中重要的内容，对于机械系统的设计和性能评估具有重要意义。

通过对系统的固有频率和振型进行分析，可以优化系统的结构设计，降低系统的动态响应，提高系统的稳定性和可靠性。

希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解机械振动学中固有频率与振型分析的相关知识。

航空航天领域的结构动力学分析方法

航空航天领域的结构动力学分析方法在航空航天领域中，结构动力学是一门关键的学科，它研究了飞行器或航天器在飞行过程中受到的各种载荷以及结构的振动响应。

结构动力学分析方法的发展和应用对于设计和优化飞行器结构，提高其可靠性和耐久性具有重要意义。

本文将介绍航空航天领域中常用的结构动力学分析方法。

一、模态分析方法模态分析是结构动力学中最基本和常用的方法之一。

它通过计算结构的固有频率、振型和振幅等参数，来了解结构的振动特性。

在航空航天工程中，模态分析被广泛应用于预测和控制结构的振动问题。

通过模态分析，可以有效地识别结构的主要振型，并设计出相应的控制策略，以减小结构振动引起的破坏。

二、频响分析方法频响分析是指在结构受到谐波激励时，计算结构的频率响应。

在航空航天领域，频响分析被广泛应用于结构在飞行过程中受到的各种载荷的分析。

根据不同频率下的振动响应，可以评估结构的稳定性和性能。

频响分析方法可以帮助工程师确定结构的固有频率、共振频率以及传递函数等参数，从而对结构的设计和优化提供指导。

三、有限元分析方法有限元分析是一种数值分析方法，能够模拟结构的复杂力学行为。

在航空航天工程中，有限元分析广泛应用于各种结构的强度、刚度和振动等方面的分析。

有限元方法将结构划分为多个小区域，通过建立节点和单元之间的关系，建立结构的数学模型。

然后通过求解得到节点的位移、应力等信息，从而分析结构的力学行为。

有限元分析方法可以提供多种载荷情况下结构的响应，为工程师提供了设计和优化结构的依据。

四、瞬态分析方法瞬态分析是指在结构受到突发载荷或者非稳态载荷时，计算结构的响应。

在航空航天领域，由于飞行器或航天器在飞行过程中受到的载荷是时变的，因此瞬态分析方法被广泛应用于结构的疲劳性能和振动响应的分析。

通过瞬态分析，工程师可以了解结构在不同时刻的响应情况，从而对结构的材料和几何参数进行调整，提高结构在复杂载荷下的工作性能。

综上所述，航空航天领域的结构动力学分析方法包括模态分析、频响分析、有限元分析和瞬态分析等多种方法。

机翼模型的振动模态分析剖析

机设1305 彭鹏程1310140521一个简化的飞机机翼模型如图所示，该机翼沿延翼方向为等厚度。

有关的几何尺寸见下图，机翼材料的常数为：弹性模量E=0.26GPa，泊松比m=0.3，密度r = 886 kg/m。

对该结构进行振动模态的分析。

（a）飞机机翼模型（b）翼形的几何坐标点振动模态分析计算模型示意图解答这里体单元SOLID45进行建模，并计算机翼模型的振动模态。

建模的要点：⑴ 首先根据机翼横截面的关键点，采用连接直线以及样条函数＜ BSPLIN ＞进行连接以形成一个由封闭线围成的面；⑵ 在生成的面上采用自由网格划分生成面单元（PLANE42）；⑶ 设置体单元SOLID45，采用vEXTOPTx VEXT＞进行Z方向的多段扩展；⑷ 设置模态分析＜ ANTYPE,2＞，采用Lanczos方法进行求解＜MODOPT,LANB ＞；⑸在后处理中，通过＜SET＞调出相关阶次的模态；⑹显示变形后的结构图并进行动态演示＜PLDI＞vANMODE＞。

给出的基于图形界面的交互式操作（step by step过程如下。

⑴ 进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）程序—ANSYS — ANSYS Interactive —Working directory （设置工作目录）—Initial jobname（设置工作文件名）：Modal—Run（2）设置计算类型ANSYS Main Menu : Preferences••—Structural —OK（3）选择单元类型ANSYS Main Menu : Preprocessor —Element Type —Add/Edit/Delete —Add …—Structural solid: Quad 4node 42 —Apply —solid —Brick 8node 45 —OK —Close （4）定义材料参数ANSYS Main Menu : Preprocessor —Material Props —Material Models —Structural —Linear —Elastic —Isotropic: EX:0.26E9 （弹性模量）,PRXY:0.3 （泊松比）—OK —Density:886 —OK —Material —Exit（5）生成几何模型ANSYS Main Menu : Preprocessor —Modeling —Create —Keypoints —In Active CS —X,Y,Z location:0,0,0 —Apply —X,Y,Z location:0.05,0,0 —Apply —X,Y,Z location:0.0575,0.005,0 —Apply —X,Y,Z location:0.0475,0.0125,0 —Apply —X,Y,Zlocation:0.025,0.00625,0 —OKANSYS Main Menu : Preprocessor —Modeling —Create —Lines —Lines —Straight Line —依次选择关键点1, 2, 5, 1 —OKANSYS Main Menu : Preprocessor—Modeling —Create —Lines —Splines —With Options —Spline thru KPs —依次选择关键点2, 3, 4, 5 —OK —输入以下数据：XV1:-0.025,YV1:0,ZV1:0 —输入以下数据：XV6:-0.025, YV6:-0.00625, ZV6:0 —OKANSYS Main Menu : Preprocessor —Modeling —Create —Areas —Arbitrary —By Lines —选择所有 3 条线—OK⑹网格划分ANSYS Main Menu : Preprocessor —Meshing —Mesh Tool —global —Set —Element edge length:0.00625—OK —Mesh —Pick All —Close —Close（点击关闭Mesh Tool工具栏）ANSYS Main Menu : Preprocessor —Modeling —Operate —Extrude —Elem Ext Opts —Element type number:2 SOLID45 —The No. of elementdivisions:10 —OKANSYS Main Menu: Preprocessor — Modeling — Operate — Extrude —Areas —By XYZ Offset —Pick All —Offsets for extrusion in the Z direction:0,0,0.25 —OK —Close(7)模型施加载荷ANSYS Utility Menu : Select —Entities —Elements —By Attributes —Elem type num —The element type number心Unselect —Apply(8)模型施加约束ANSYS Utility Menu : Select —Entities —Nodes —By Location —Z coordinates—T he Z coordinate location:—From Full —ApplyANSYS Mai n Me nu —Preprocessor —Loads —Define Loads —Apply —Structural —Displacement —On Nodes —Pick All —All DOF —OK —By Num/Pick —Select All —点击Cancel(关闭窗口)(9)分析计算ANSYS Main Menu : Solution —Analysis Type —New Analysis —Modal —OK ANSYS Main Menu : Solution —Analysis Type —Analysis Options —点击Block Lanczos —No. of modes to extract: 5—No. of modes to expand: 5—OK —OK ANSYS Main Menu: Solution —Solve —Current LS —File —Close —OK —Yes —Yes —Close(Solution is done!)(10)结果显示ANSYS Main Menu : General Postproc —Results Summary —Close(各阶模态的频率见下表)。

机械工程中的结构振动分析与优化设计

机械工程中的结构振动分析与优化设计引言机械工程是一门综合性的学科，多个领域交叉与融合，其中结构振动分析与优化设计是其重要的一部分。

随着科技的发展和工业的进步，机械结构的性能要求越来越高，因此对结构振动的研究与优化设计显得尤为重要。

本文将从结构振动的基本概念入手，介绍结构振动的分析方法和优化设计的原理，并探讨现代工程中的一些应用案例。

一、结构振动的基本概念结构振动是指机械结构在受到外界激励作用后，由于其自身的刚度和阻尼特性导致的一种以周期性变化为特征的运动。

振动现象既存在于自然界中，也广泛应用于各个领域的工程设计中。

结构振动的研究主要包括振动的起因、振动的传播和振动的控制等方面。

二、结构振动的分析方法1.模态分析模态分析是结构振动研究的重要方法之一。

通过求解结构的本征值问题，可以得到结构的固有频率和振型。

固有频率代表了结构振动的固有特性，而振型则代表了结构在不同时刻的变形情况。

模态分析主要通过有限元分析来实现，在计算软件的支持下，可以准确地得到结构的模态参数。

2.频域分析频域分析是一种将时域信号转换为频域特性的方法。

在结构振动分析中，频域分析可以用来研究振动信号的频率成分和谐波分析等问题。

常用的频域分析方法包括傅里叶变换、功率谱密度分析等。

3.时域分析时域分析是对结构振动信号的直接观测和分析。

通过时域分析可以得到振动信号的时间响应和幅值特性。

时域分析方法包括时序分析、自相关分析和互相关分析等。

三、结构振动的优化设计原理结构振动的优化设计是通过对结构参数的调整和优化，最大限度地改善结构的振动性能。

在优化设计中，需要确定优化目标函数和约束条件，通过数学模型和计算方法得到最优解。

常用的结构优化设计方法包括数值优化方法、遗传算法、粒子群算法等。

四、应用案例1.车辆底盘振动优化设计车辆底盘是汽车的重要组成部分，其振动性能直接影响着乘坐舒适性和行驶稳定性。

通过结构振动分析和优化设计，可以减少车辆底盘的共振现象，提高车辆的操控性和舒适性。

典型航空器结构的模态分析与优化

典型航空器结构的模态分析与优化航空器是一种复杂的机械和电子设备组成的复合体，其结构设计对于飞行的安全性与性能影响深远。

其中，模态分析与优化是航空器结构设计中非常重要的一部分。

本文将介绍典型航空器结构的模态分析与优化方法，以及如何通过优化设计来提高航空器的性能。

一、模态分析航空器的模态分析是对航空器结构进行运动学和动力学分析的过程。

它是一种研究航空器在不同振动频率和形态下的动态响应特性，以及提取结构固有频率和振动形态的方法。

模态分析可以帮助工程师评估航空器结构的稳定性、刚性、强度等性能指标，并找到结构弱点和不足之处。

模态分析主要使用有限元分析（FEA）和模型试验两种方法。

FEA方法是先将航空器结构离散化成数学模型，再利用数值计算方法求解结构的固有频率和振动形态。

而模型试验则是通过在实验室中对航空器结构进行强制振动，记录结构响应信号，然后利用信号处理技术分析结构的振动特性。

航空器的模态分析通常分为线性和非线性两种。

线性模态分析假设结构在振动时是线性的，即振动幅度和激励负荷之间的关系是线性的。

非线性模态分析则考虑到结构在振动时可能发生非线性变形，如弹塑性变形等。

二、优化设计优化设计是一种在已知限制条件下，最大程度地提高设计目标的方法。

在航空器结构设计中，优化设计可以用来改进结构的性能，提高航空器的飞行性能和安全性。

优化设计的关键是同时考虑结构的多个设计目标，并在设计中寻找平衡点。

航空器结构的优化设计主要有两种方式：基于模型和基于试验。

基于模型的优化设计是通过建立结构的数学模型，分析结构的优化方案并进行优化。

而基于试验的优化设计则是通过对试验结果的统计分析，找到结构的设计缺陷及其原因，并针对性地进行改进。

优化设计依据设计目标的不同，可以分为单目标和多目标优化。

单目标优化是针对某一特定目标进行优化，如最小化结构的重量、最大化结构的强度等。

而多目标优化则是同时考虑多个设计目标，如重量、强度、刚性、稳定性等，并在设计中寻找各项指标的平衡点。

飞机机身固有频率测试与分析方法研究

飞机机身固有频率测试与分析方法研究飞机机身固有频率是指飞机结构在特定情况下的固有振动频率，是评估飞机结构安全性和稳定性的重要指标。

对飞机机身固有频率进行测试与分析，可以为飞机结构设计、改进和监测提供重要的理论依据和实际验证。

本文将对飞机机身固有频率的测试方法和分析方法进行研究和探讨。

一、测试方法1. 激励方法激励方法是测量和识别飞机机身固有频率的关键步骤。

常用的激励方法有机械激励和电激励两种。

机械激励是通过施加一定的力或力矩来激励飞机机身结构的振动，比如采用敲击或冲击方法。

机械激励的优点是简单易行，缺点是激励频率范围有限。

电激励是通过施加电压、电流或电磁场来激励飞机机身结构的振动，比如采用电磁激振器或电子激励器。

电激励的优点是激励频率范围广，而且激励信号可以方便地调节和控制。

2. 检测方法检测方法是测量和记录飞机机身固有频率的关键步骤。

常用的检测方法有接触式方法和非接触式方法两种。

接触式方法是通过接触式传感器，比如加速度计或应变计，将机身结构的振动信号转化为电信号进行检测。

接触式方法的优点是测量精度高，缺点是需要与机身结构有直接接触。

非接触式方法是通过非接触式传感器，比如激光测振仪或光纤传感器，将机身结构的振动信号转化为光信号、电信号或声信号进行检测。

非接触式方法的优点是测量便捷，无需与机身结构直接接触。

二、分析方法对飞机机身固有频率进行分析是为了判断飞机结构的动力响应特性和结构健康状况。

常用的分析方法有模态测试与模态分析方法和有限元分析方法两种。

1. 模态测试与模态分析方法模态测试与模态分析方法是通过激励飞机机身结构振动并测量振动响应信号，使用专门的模态分析软件对振动信号进行处理和分析。

模态分析通过计算模态参量（包括固有频率、固有振型和阻尼比）来描述飞机机身结构的动力响应特性。

模态测试与模态分析方法的优点是可以准确地测量和分析飞机机身固有频率，缺点是需要专业知识和设备，并且对测试环境要求较高。

西工大课程设计论文_机翼的模态分析与颤振分析

目录一、软件介绍 (1)1.1 MSC.Patran介绍 (1)1.2 MSC.Nastran (1)二、翼板的模态分析 (3)2.1 建立几何模型的文件名 (3)2.2 创建几何模型 (3)2.3 划分有限元网格 (4)2.4 设置边界条件 (4)2.5定义材料属性 (5)2.6 定义单元属性 (5)2.7 进行分析 (6)2.8 查看分析结果 (6)2.8.1显示模态云图 (7)2.8.2显示模态变形图 (7)2.8.3同时显示模态云图及变形图 (8)三、平板颤振分析 (8)3.1结构建模 (9)3.2气动建模 (10)3.2.1设定气动参考坐标系 (10)3.2.2气动建模－网格划分 (10)3.3参数设置 (10)3.3.1参考弦长等参数设定 (10)3.3.2减缩频率等参数设定 (11)3.4耦合分析 (11)3.4.1生成样条 (11)3.4.2应用样条 (11)3.4.3设定工况、分析 (12)3.5结果分析 (12)四、总结 (13)五、参考文献 (14)一、软件介绍1.1 MSC.Patran介绍MSC.Patran(后称Patran)是一个集成的并行框架式有限元前后处理及分析仿真系统。

Patran最早由美国宇航局（NASA）倡导开发，是工业领域最著名的并行框架式有限元前后处理及分析系统，其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化设计和交互图形界面集于一身，构成一个完整的CAE集成环境。

使用Patran，可以帮助产品开发用户实现从设计到制造全过程的产品性能仿真。

Patran拥有良好的用户界面，既容易使用又方便记忆。

Patran作为一个优秀的前后处理器，具有高度的集成能力和良好的适用性，具体表现在：1.模型处理智能化。

为了节约宝贵的时间，减少重复建模，消除由此带来的不必要的错误，Patran应用直接几何访问技术（DGA），能够使用户直接从一些世界先导的CAD/CAM系统中获取几何模型，甚至参数和特征。

热应力对机翼结构固有频率的影响分析

Ｐａｔｒａｎ软件建立了某发动机进气波纹管结构的有
限元模型，进行了热应力及热模态分析。黄世勇
１基本理论
模态是结构的固有特性，根据振动理论，机翼结构的模态参数可通过式（１）求解
因素。
气动弹性力学的关键因素之一，在结构动力学分析
与设计中必须考虑温度效应的影响。
综上所述，分析热环境中热效应对结构振动特性的影响是非常必要的。目前已有一些对热环境下结构固有频率变化趋势的研究，但在复杂的加热条件下，热应力导致结构固有频率上升还是下降尚不
率，对模态振型的影响较小。王宏宏等研究了加热状态下变厚度导弹翼面模型的振动特性，表明热
型向量。
其中：Ｋ为结构总刚度矩阵；Ｍ为质量矩阵；为振
＊中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（ＮＳ２０１５００８）收稿日期：２０１３－１２１３；修回日期：２０１４ — ０２２０
效应引起材料弹性模量等参数的变化比热应力对固
引言
随着高超声速飞行器的发展及飞行速度的提高，人们开始认识到热效应是研究高速飞行器结构
有频率的影响更大。吴振强等研究了热环境对四周简支飞行器热防护系统金属加筋壁板的结构固有模态影响，结果表明，壁板结构在热环境下易发生屈曲，热模态分析中需考虑热屈曲、大位移变形等

飞机机翼结构的振动分析与优化设计

飞机机翼结构的振动分析与优化设计一、引言随着航空事业的发展，人们对飞机的性能和安全性要求越来越高，其中机翼结构的振动问题成为航空工程领域中的一个重要研究方向。

机翼的振动不仅会影响飞行稳定性和飞行性能，还可能导致结构疲劳和损坏。

因此，对飞机机翼结构的振动进行分析和优化设计是非常必要的。

二、飞机机翼振动问题的成因飞机机翼的振动问题主要由以下几个因素引起：1. 气动力：当飞机在空气中飞行时，机翼表面会受到来流气流的冲击，产生气动力。

如果气动力超过了机翼结构的承载能力，就会引起机翼的振动。

2. 弹性变形：机翼作为一个具有弹性的结构，会在受到外部力作用时发生变形。

当外部力消失后，机翼会回弹，并产生振动。

3. 控制面激励：飞机的控制面在飞行中会不断运动，这样的运动会传导到机翼结构上，引起振动。

三、飞机机翼振动的分类根据振动形式的不同，飞机机翼的振动可以分为自由振动和受迫振动两种类型。

1. 自由振动：自由振动是指机翼在没有外部激励时自身固有频率下的振动。

自由振动可以通过模态分析确定机翼的固有频率和振型。

2. 受迫振动：受迫振动是指机翼在外部激励作用下发生的振动。

通常情况下，受迫振动可以通过振动响应分析来研究。

四、机翼结构的振动分析方法为了分析和优化设计飞机的机翼结构，可以采用以下几种振动分析方法：1. 分析力法：分析力法是一种基于结构动力学原理进行分析的方法，通过建立机翼结构的数学模型，计算其固有频率和振型。

2. 有限元法：有限元法是一种将实际结构离散化为有限数量的小单元，在每个小单元上建立动力学方程，通过求解方程组来计算机翼的振动响应。

3. 边界元法：边界元法是一种基于边界值问题进行分析的方法，通过将机翼结构分割为边界和内部两个区域，只求解边界上的位移，通过边界上位移的分布计算机翼的振动响应。

五、机翼结构的振动优化设计为了减小飞机机翼结构的振动，可以采取以下几种优化设计方法：1. 结构优化：通过结构材料的选择和结构参数的设计来改变机翼的刚度和质量分布，从而改善机翼的振动属性。