有限元作业：机翼模型
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机翼模型的振动模态分析
一、问题描述： 一个简化的飞机机翼模型如图 1-1 所示，该机翼沿延翼方向为等厚度,有关的几何尺寸见图 3-1，机翼 材料的常数为： 弹性模量E = 0.26GPa, 泊松比u = 0.3,密度 p=886Kg/源自文库 ,对该结构进行振动模态的分析。
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(a) 飞机机翼模型(b) 翼形的几何坐标点 图 1-1 振动模态分析计算模型示意图 二、问题分析解答： 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： ①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；②在生成的面上采用自由网格划分生成面单元(PLANE42)； ③设置体单元SOLID45，采用<EXTOPT>< VEXT>进行z方向的多段扩展； ④设置模态分析< ANTYPE,2>，采用Lanczos方法进行求解< MODOPT,LANB > ⑤在后处理中，通过<SET>调出相关阶次的模态，； ⑥显示变形后的结构图并进行动态演示<PLDI><ANMODE>。 给出的基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)过程如下。 (1) 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,Z location:0.025,0.00625,0 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Lines →Straight Line →依 次选择关键点1, 2, 5, 1 →OK ANSYS 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 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →选 择所有3条线→OK
(6) 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 element divisions:10 →OK ANSYS 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:1→Unselect →Apply (8) 模型施加约束 ANSYS Utility Menu ： Select → Entities → Nodes → By Location → Z coordinates → The Z coordinate location:0→From Full →Apply ANSYS Main Menu → 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(各阶模态的频率见表7-5)。 ANSYS Main Menu：General Postproc→Read Results →First Set ANSYS Utility Menu：Plot Ctrls→Animate →Mode Shape →OK →在Animation Contro 中做相应设置(这里不详细说明)，然后关闭当前窗口→Close ANSYS Main Menu：General Postproc→Read Results →Next Set ANSYS Utility Menu：Plot Ctrls→Animate →Mode Shape →OK(各阶模态见图7-5)。 (11) 退出系统 ANSYS Utility Menu：File → Exit… → Save Everything → OK 表7-5 机翼模型的各阶模态频率
三、ansys分析结果：
一、问题描述： 一个简化的飞机机翼模型如图 1-1 所示，该机翼沿延翼方向为等厚度,有关的几何尺寸见图 3-1，机翼 材料的常数为： 弹性模量E = 0.26GPa, 泊松比u = 0.3,密度 p=886Kg/源自文库 ,对该结构进行振动模态的分析。
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(a) 飞机机翼模型(b) 翼形的几何坐标点 图 1-1 振动模态分析计算模型示意图 二、问题分析解答： 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： ①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；②在生成的面上采用自由网格划分生成面单元(PLANE42)； ③设置体单元SOLID45，采用<EXTOPT>< VEXT>进行z方向的多段扩展； ④设置模态分析< ANTYPE,2>，采用Lanczos方法进行求解< MODOPT,LANB > ⑤在后处理中，通过<SET>调出相关阶次的模态，； ⑥显示变形后的结构图并进行动态演示<PLDI><ANMODE>。 给出的基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)过程如下。 (1) 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,Z location:0.025,0.00625,0 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Lines →Straight Line →依 次选择关键点1, 2, 5, 1 →OK ANSYS 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 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →选 择所有3条线→OK
(6) 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 element divisions:10 →OK ANSYS 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:1→Unselect →Apply (8) 模型施加约束 ANSYS Utility Menu ： Select → Entities → Nodes → By Location → Z coordinates → The Z coordinate location:0→From Full →Apply ANSYS Main Menu → 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(各阶模态的频率见表7-5)。 ANSYS Main Menu：General Postproc→Read Results →First Set ANSYS Utility Menu：Plot Ctrls→Animate →Mode Shape →OK →在Animation Contro 中做相应设置(这里不详细说明)，然后关闭当前窗口→Close ANSYS Main Menu：General Postproc→Read Results →Next Set ANSYS Utility Menu：Plot Ctrls→Animate →Mode Shape →OK(各阶模态见图7-5)。 (11) 退出系统 ANSYS Utility Menu：File → Exit… → Save Everything → OK 表7-5 机翼模型的各阶模态频率
三、ansys分析结果：