飞机机翼的模态分析
机翼模态分析 [Ansys 11.0版本使用示例]
![机翼模态分析 [Ansys 11.0版本使用示例]](https://img.taocdn.com/s3/m/7332baf3aef8941ea76e053b.png)
运行Ansys Workbench
开始界面
建立几何模型或导入其他几何模型模型
此处：模型char6‐01
选好单位
拉伸后
存盘
存盘
回到workbench主界面，选择simulation
获取几何体信息
存盘
添加材料信息
选择Solid，添加材料信息
指定材料，选取钛合金
材料信息
几何模型solid指定材料为钛合金
划分网格mesh
选择单位mm
网格控制Sizing》Element size=100mm
划分网格‐右键
选取模态分析
施加约束
选择面
结果后处理（设置求解项，此处采用默认设置）
此处采用默认设置，求解
模型的前六阶模态
总变形
重命名Mode 1
一阶模态振型
继续添加其他模态
三阶模态振型
模型的固有频率。
有限元软件ANSYS飞机机翼的模态案例
一、动力分析简介
动力学分析根据载荷形式的不同和所有求解的内容的不同我们可 以将其分为：
模态分析 谐响应分析 瞬态动力分析 谱分析
二、动力学分析分类_模态分析
模态分析在动力学分析过程中是必不可少的一个步骤。 在谐响应分析、瞬态动力分析动分析过程中均要求先进行 模态分析才能进行其他步骤。
模态提取方法
Damped (阻尼)法 Damped法用于阻尼不可忽略的问题，例如轴承问题。
QR Damped (QR阻尼)法 QR Damped (QR阻尼)法最关键的思想是，以线性合并无阻尼系统少量数目
的特征向量近似表示前几阶复阻尼特征值。采用实特征值求解无阻尼振型之后， 运动方程将转化到模态坐标系。然后，采用QR阻尼法，一个相对较小的特征值 问题就可以在特征子空间中求解出来了。 该方法能够很好地求解大阻尼系统模 态解。由于该方法的计算精度取决于提取的模态数目，所以建议提取足够多的 基频模态，这样才能保证得到好的计算结果。
CAE技术及其应用
刘玲 机械工程学院
第二章 有限元分析软件ANSYS
第二章 有限元析软件ANSYS
§2.1 ANSYS软件介绍 §2.2 ANSYS程序的结构 §2.3 ANSYS图形用户界面 §2.4 ANSYS分析基本步骤 §2.5 ANSYS实例分析
§2.5 ANSYS实例分析
§2.5.1 六方孔螺钉头用扳手的静力分析 §2.5.2 飞机机翼的模态分析
在大多数分析过程中将选用Subspace法、Reduced法、Block Lanczos法或 PowerDynamics法。Unsymmetric法和Damped法只在特殊情形下会用到。在指 定某种模态提取方法后，ANSYS会自动选择合适的方程求解器。在 ANSYS/Linear Plus中Unsymmetric法和Damped法不可用。
基于有限元的机翼结构模态分析
（3）翼梁：腹板和缘条共同 组成飞机的翼梁，与机身直接固 接。当承受弯矩时，缘条承受压缩 或者拉伸；当承受剪力时，腹板承 受剪力；梁腹板和蒙皮所形成的闭 室可以承受扭矩。
R 研发设计 esearch design
摘要：从有限单元法出发，通过ANSYS软件对机翼简化模型进行模态分析，求解得到各个阶次振动条件下 的相应情况，首先对机翼的原理、结构划分、有限元方法进行简要介绍，然后在ANSYS软件的基础上借助 有限元法求解机翼在一到五阶模态下的响应，完整经历有限元分析流程，给出了有限元方法在要解决的问 题中的具体应用。 关键词：机翼；模态分析；有限元仿真 文章编号：2096-4137（2019）05-064-03 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2019.05.17
（1）具有清晰的物理模型和 物理概念。有限元模型从几何模型 入手，在其基础上建立了基于数值 运算的求解过程，一开始就基于力 学的角度进行转化，使得这一方法 便于入手，方便实践。
（2）求解的方法多种多样。 有限元既可以通过结构力学的二力 杆件原理进行系统分析，也可以通 过虚功原理进行理论推导，变分法 也对这一方法做出了严密的数学逻 辑解释。通过多样的理论方法解决 同一个问题，不仅探索验证了有限 元理论，还使得计算精度增大，控 制误差在可接受范围内。
■ 文／朱秩成
基于有限元的机翼结构模态分析
1 机翼及其基本结构
1.1 机翼 在飞机飞行升空的过程中，
飞机机翼具有极其重要的作用。由 机翼产生的升力允许飞机在空中飞 行。飞机仰角为飞机提供了升力， 机翼的弧形产生前进的阻力和向下 的力，也就是牛顿第三定律相互作 用力。在现实生活中，机翼产生升 力时，在后缘处会产生气流交汇， 否则将会产生一个气流速度非常大 的点在机翼的后缘。 1.2 机翼基本结构
飞机机翼模态分析实例
飞机机翼模态分析实例模态分析实例§1.13.1飞机机翼模态分析实例§1.13.1.1 问题描述该实例对一个飞机模型的机翼进行模态分析，以确定机翼的模态频率和振型。
机翼沿长度方向轮廓一致，横截面由直线和样条曲线定义（如图9所示）。
机翼的一端固定在机体上，另一端为自由端。
机翼由低密度聚乙烯制成，相关参数如下：杨氏模量=38×103psi泊松比=0.3密度=1.033e-3slugs/in3图9模型飞机机翼简图§1.13.1.2GUI方式分析过程第1 步：指定分析标题并设置分析范畴1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title2.输入文字“Modal analysis of a model airplane wing”，然后单击OK。
3.选取菜单途径Main Menu>Preference4.单击Structure选项使之为ON，单击OK。
第2 步：定义单元类型1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。
2.Element Types对话框将出现。
3.单击Add。
Library of Element Types对话框将出现。
4.在左边的滚动框中单击“Structural Solid”。
5.在右边的滚动框中单击“Quad4node42”。
6.单击Apply。
7.在右边的滚动框中单击“Brick8node45”。
8.单击OK。
9.单击Element Types对话框中的Close按钮。
第3 步：指定材料性能1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic。
Isotro pic Material Properties对话框将出现。
机翼的动力学分析 模态分析
Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas> By XYZ Offset 单击“pick all”，出现【Extrude Areas by XYZ Offset】菜单窗 口。在“offsets for extrusion”中输入“0，0，10”。
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
ANSYS 入门
… 动力学分析实例
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
图5-19 【Modal Analysis】 对话框
ANSYS 入门
… 动力学分析实例
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
图5-20 【Subspace Modal Analysis】窗口
ANSYS 入门
… 动力学分析实例
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
Utility Menu>PlotCtrls>Window Controls>Window Options “Location of triad”滚动菜单中选中“Not shown” 。 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering。 “Keypoint numbers”设为“ON”，单击。
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)。
飞机机翼结构模态分析研究
飞机机翼结构模态分析研究飞机机翼是飞机上最重要的部件之一。
它不仅支撑飞机的载重，还掌握着飞机的飞行稳定性，甚至影响着飞机的飞行表现和舒适度。
因此，对飞机机翼的研究与优化显得尤为重要。
在众多的研究中，机翼结构模态分析研究显得更为精细和有深度。
一、什么是机翼结构模态分析？机翼结构模态分析是对机翼的结构载荷进行计算和分析，以确定机翼的振动和模态。
通过分析机翼的模态，可以进一步找出机翼振动的频率和振幅，然后对机翼进行改进和优化，以增强其性能。
二、机翼结构模态分析的应用机翼结构模态分析可应用于飞机设计中的多个方面。
首先，它可以用于减少飞机噪音和减少疲劳寿命。
通过分析机翼结构的模态，可以找出机翼振动的频率，以便在设计中控制振动强度，减少噪音和疲劳寿命的损失。
其次，机翼结构模态分析还可以用于优化机翼的性能。
通过分析机翼结构的模态，可以找出不同振动模式下机翼的刚度和弯曲性，以便在设计中进行优化，确保机翼的强度和稳定性。
最后，机翼结构模态分析还可以用于飞机事故的分析与预防。
通过对机翼结构的模态分析，可以找出机翼在某些频率下所产生的振动，并对机翼进行针对性的改进和极限测试，以确保其在面临自然灾害和技术考验时的安全性。
三、机翼结构模态分析的方法机翼结构模态分析的方法包括有限元分析法、信号分析法、模态试验法等。
这里我们重点介绍前两种方法。
1、有限元分析法有限元分析是机翼结构模态分析的一种基本方法。
通常，它通过对机翼进行与现实相符的有限元模型建立，再通过有限元分析来求解机翼的振动和模态。
有限元分析法具有良好的精度和计算速度，并且易于分析机翼不同振动模式下的响应。
2、信号分析法信号分析法是另一种机翼结构模态分析的方法。
通常，它通过在机翼上放置传感器和数据记录器来记录机翼在不同工况下的应变和特征振动信号，并对信号进行分析处理来确定机翼的振动和模态。
信号分析法可以通过实际的测试来为飞机提供更加准确和可靠的性能分析数据。
四、机翼模态分析的意义机翼模态分析是对机翼结构的深入研究，可以为飞机设计和改进带来很多好处。
模型飞机机翼模态分析
ANSYS实例分析——模型飞机机翼模态分析问题描述如图所示为一模型飞机机翼，其长度方向横截面形状一致，机翼的一端固定在机体上，另一端为悬空自由端，试对机翼进行模态分析并显示机翼的模态自由度。
机翼材料参数：弹性模量EX=30GPa；泊松比PRXY=0.26；密度DENS=158kg/m3。
机翼几何参数：A(0，0)；B(2，0)；C(2.5，0.2)；D(1.8，0.45)；E（1.1，0.3）。
问题分析该问题属于动力学中的模态分析问题。
在分析过程分别用直线段和样条曲线描述机翼的横截面形状，选择PLANE82和SOLID45单元进行求解。
求解步骤第一步：定义工作文件名和工作标题。
定义工作文件名为wings；定义工作标题为 MODAL ANALYSIS OF A MODEL AIRPLANE WING。
第二步：定义单元类型。
指定PLANE82和SOLID45单元进行求解。
第三步：定义材料性能参数。
输入材料弹性模量30GPa，密度1580kg/m3，泊松比0.26。
第四步：创建几何模型、划分网格。
设置视图显示方向，创建关键点编号及坐标：1（0，0，0）；2（2，0，0）；3（2.5，0.2，0）；4（1.8，0.45，0）；5（1.1，0.3，0）。
点1、2生成线段，点2、3、4、5、1生成样条曲线，由线生成面。
设置单元格尺寸大小为0.1，对面进行网格划分，设置单元等份数为20（如下图）。
拖拉面生成体，并显示单元（如下图）。
第五步：加载求解。
进入求解器，将求解类型设置为模态分析，并设置模态分析选项，指定扩展模态数。
选择节点施加位移约束，选择所有节点开始求解计算。
第六步：查看求解结果。
5阶固有频率计算结果如下图所示。
五阶模态结果分别如下图所示。
1阶模态显示2阶模态显示3阶模态显示4阶模态显示5阶模态显示。
ansys飞机机翼的模态分析
求解
后处理—显示模态频率
动态显示模态振型
定义单元尺寸并划分网格
注：此时单元类型为1，可不指定
定义单元属性：单元类型为2
定义单元尺寸
将面沿Z轴拉伸10
有限元模型
定义求解类型—模态分析
设置模态求解方法和扩展模态阶数
可以设置频率范围
设置实体---面和节点：目的是为方约束
显示所有实体
1.定义单元类型、材料属性 2.建立几何模型 关键点 K1,（0,0,0） K2（2,0,0） K3（2.3,0.2,0） K4（1.9,0.45,0） K5（1,0.25,0）
Line:连线1和2；1和5
Spline→with options
2、3、4、5
→ spline
with Kps
由线形成面
飞机机翼的模态分析
如图所示，为一模型飞机的机翼。机翼沿长度方 向轮廓一致，其他的横截面由直线和样条曲线定 义。机翼的一端固定在机体上，另一端为悬空的 自由端。机翼由低密度聚乙烯制成，有关性质参 数为：EX,=38e3 PRXY=0.3 DENS=1.033e-3
飞机机翼的模态分析
单元类型：ET,1,PLANE42 ET,2,SOLID45 EX,=38e3 PRXY=0.3 DENS=1.033e-3
第二章 有限元分析软件ANSYS-飞机机翼的模态分析
刘玲 机械工程学院
第二章 有限元分析软件ANSYS
第二章 有限元分析软件ANSYS
§2.1 ANSYS软件介绍
§2.2 ANSYS程序的结构
§2.3 ANSYS图形用户界面 §2.4 ANSYS分析基本步骤
§2.5 ANSYS实例分析
§2.5 ANSYS实例分析
§2.5.1 六方孔螺钉头用扳手的静力分析 §2.5.2 飞机机翼的模态分析
ANSYS提供了强大的动力分析工具，可以很方便地进行各类动力分析
问题：模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析。
一、动力分析简介
动力学分析根据载荷形式的不同和所有求解的内容的不同我们可 以将其分为：
模态分析
谐响应分析
瞬态动力分析
谱分析
二、动力学分析分类_模态分析
模态分析在动力学分析过程中是必不可少的一个步骤。
§2.5.2 飞机机翼的模态分析
一、问题描述
二、建立模型
三、定义边界条件并求解
四、查看结果
五、命令流输入
一、问题描述
对一个飞机机翼进行模态分析。机翼沿长度方向的轮廓是一致的，横 截面由直线的样条曲线定义。机翼的一端固定在机体上，另一端悬空。要
求分析得到机翼的模态自由度。有关的几何尺寸见图1，机翼材料的常数为：
在谐响应分析、瞬态动力分析动分析过程中均要求先进行 模态分析才能进行其他步骤。
模态分析的定义
模态提取方法
二、动力学分析分类_模态分析
模态分析的定义
模态分析用于确定设计机构或机器部件的振动特性(固有频率和 振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中 的重要参数。同时，也可以作为其他动力学分析问题的起点，例如 瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析。其中模态分析也是进行谱 分析或模态叠加法谱响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析 过程。 ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环 对称结构模态分析。前者有旋转的涡轮叶片等模态分析，后者则允 许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。 ANSYS中的模态分析是一个线性分析。任何非线性特性，如塑性和 接触(间隙)单元，即使定义了也将被忽略。
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 (2)二、翼板的模态分析 (3)2.1 建立几何模型的文件名 (4)2.2 创建几何模型 (4)2.3 划分有限元网格 (4)2.4 设置边界条件 (5)2.5定义材料属性 (5)2.6 定义单元属性 (6)2.7 进行分析 (7)2.8 查看分析结果 (7)2.8.1显示模态云图 (7)2.8.2显示模态变形图 (8)2.8.3同时显示模态云图及变形图 (8)三、平板颤振分析 (9)3.1结构建模 (10)3.2气动建模 (11)3.2.1设定气动参考坐标系 (11)3.2.2气动建模－网格划分 (11)3.3参数设置 (11)3.3.1参考弦长等参数设定 (11)3.3.2减缩频率等参数设定 (11)3.4耦合分析 (12)3.4.1生成样条 (12)3.4.2应用样条 (12)3.4.3设定工况、分析 (12)3.5结果分析 (13)四、总结 (14)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。
机翼模型的模态分析
教程6：机翼模型的模态分析问题阐述这是一个机翼的简单模态分析。
该机翼模型沿着长度方向具有不规则形状，而且其横截面是由直线和曲线构成（如图所示）。
机翼一端固定于机身上，另一端则自由悬挂。
问题研究的目的是计算机翼的固有频率和振型。
所给条件机翼的尺寸见上图所示，材料是低密度的聚乙烯，其杨氏模量为38×103 psi，泊松比为0.3，密度为1.033×10-3 slugs/in3。
近似与假设假设机翼与机身相连的一端所有自由度完全固定。
机翼材料特性为常数并是各向同性。
使用一个体模型来构造机翼横截面的2-D模型，创建一个合理的网格并将横截面拉伸成3-D的体模型，系统会自动对体模型进行网格划分。
为了以最少的时间来创建体模型，要简化翼面2-D模型的创建操作。
为了更好地模拟翼面的形状，需要建立更多的数据点。
此外，本例中所做的离散化是相当粗糙的，即单元网格太大，因此计算结果误差也非常大。
故该练习只作为一种方法练习，其计算精度不必考虑。
交互式的求解过程1． 建立几何模型1.1 创建给定位置的关键点1．Main Menu ：Preprocessor-Modeling-CreateKeypointIn Active CS 。
2．输入关键点号1。
3．分别输入0，0，0作为关键点1的坐标值。
4．按下Apply 按钮完成第一个点的创建。
5．输入关键点号2。
6．分别输入2，0，0作为关键点2的坐标值。
7．按下Apply 按钮完成第二个点的创建。
8．输入关键点号3。
39．输入2.3，0.2，0作为关键点3的坐标值。
10．按下Apply 按钮完成第三个点的创建。
11．输入关键点号4。
12．输入1.9，0.45，0作为关键点4的坐标值。
13．按下Apply 按钮完成第四个点的创建。
14．输入关键点号5。
15．分别输入1，0.25，0作为关键点5的坐标值。
16．按下OK 按钮完成所有点的创建。
1.2 创建关键点之间的直线和曲线1．Main Menu ：PreprocessorModeling-Create4 3 2Lines-LinesStraight Line2．依次选择关键点1，2，5，1（点1在原点处）。
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。
ANSYS实例分析-飞机机翼分解
ANSYS实例分析——模型飞机机翼模态分析一，问题讲述。
如图所示为一模型飞机机翼，其长度方向横截面形状一致，机翼的一端固定在机体上，另一端为悬空自由端，试对机翼进行模态分析并显示机翼的模态自由度。
是根据一下的参数求解。
机翼材料参数：弹性模量EX=7GPa；泊松比PRXY=0.26；密度DENS=1500kg/m3。
机翼几何参数：A(0，0)；B(2，0)；C(2.5，0.2)；D(1.8，0.45)；E （1.1，0.3）。
问题分析该问题属于动力学中的模态分析问题。
在分析过程分别用直线段和样条曲线描述机翼的横截面形状，选择PLANE42和SOLID45单元进行求解。
求解步骤：第1 步：指定分析标题并设置分析范畴1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title2.输入文字“Modal analysis of a model airplane wing”，然后单击OK。
3.选取菜单途径Main Menu>Preferences.4.单击Structure选项使之为ON，单击OK。
主要为其命名的作用。
第2 步：定义单元类型1.选取菜单途径:MainMenu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。
2.Element Types对话框将出现。
3.单击Add。
Library ofElement Types对话框将出现。
4.在左边的滚动框中单击“Structural Solid”。
5.在右边的滚动框中单击“Quad 4node 42”。
6.单击Apply。
7.在右边的滚动框中单击“Brick 8node 45”。
8.单击OK。
9.单击Element Types对话框中的Close按钮。
第3 步：指定材料性能1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>MaterialProps>-Constant-Isot ropic。
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。
复合材料机翼盒段的设计、模态分析和试验
复合材料机翼盒段的设计、模态分析和试验随着第三代以及新一代先进歼击机的研制，机翼柔度越来越大，重量越来越轻，颤振边界离飞机包线越来越近。
某机翼模型根据相似理论设计，按1：7的比例进行缩比，并考虑风洞因子的作用，导出刚度比为1：122500，采用金属材料已不可能制造出缩比模型，必须研制一种低模量的材料，寻找新的结构相似颤振模型的设计、制造方法。
本文见复合材料设计技术与结构相似设计结合，将研制出的低模量复合材料，应用与复合材料机翼盒段模型的设计制造。
采用由特种纤维毡与树脂制成的低模量复合材料，其拉伸模量在4Gpa左右，设计、制造机翼盒段模型，对其进行模态分析，并进行了模态分析，验证了设计方法的正确性，为解决在低速风洞中实现高速飞机机翼颤振试验的技术问题奠定了基础。
1 机翼盒段的设计与模态分析盒段是机翼模型上的一部分，它的结构及几何尺寸如图1所示，按机翼的结构形式，设计梁、肋、蒙皮同时模拟飞机的外形和刚度分布，机翼的受力形式和传力路线都与真实结构相似。
盒段的设计依据是刚度等代设计，用复合材料层合板结构取代原来的各向同性金属结构并保证复合材料结构取代原结构时的结构刚度相等，为保持结构和传力的相似，机翼盒段由3根梁、5根肋和上下蒙皮组成，中间梁为工字型。
两边为槽型，中间3根肋为工字型，前后为槽型。
以承弯刚度和扭转刚度相似为依据，进行刚度等代设计，即保证复合材料结构与原金属结构缩比模型的EI和相等，它们分别表征截面的承弯刚度和抗扭刚度，其中，E为材料的杨氏模量；I为截面的轴惯性矩；Ω为闭室截面面积的两倍；s为沿闭室的自然坐标；G为材料的剪切模量；t为材料厚度。
图1 盒段及在机翼上位置（单位：mm）为了和真实结构的质量相似，在盒段上附加配重，配重分布如图2所示，根据刚度相似和质量相似的计算，建立有限元模型，进行模态分析，为了检验质量变化对模态的影响，建立了2个有限元模型，使用了2种不同的配重方案，相应的试验盒段也完成了2个，分别称作盒段1和盒段2.图2 模型的集中质量分布（单位：g）2 机翼盒段的制造根据刚度相似和质量相似的分析接偶，采用研制出的低模量复合材料，制造试验所需的2个盒段。
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基于abaqus的飞机机翼模态分析
1、飞机机翼的结构
机翼是飞机结构中一个极其重要的部件，机翼沿长度方向的截面形状是一样的，长度为10，一端固定于飞机机身上，另一端处于自由状态。
其弹性模量E=2⨯105Mpa，密度ρ=7800kg/m3，泊松比μ=0.3。
2、飞机机翼的实体模型
图1 飞机机翼的三维图
3、飞机机翼模态分析
3.1机翼有限元模型的确定
由于机翼通过拉伸即可得到，所以在建模窗口直接建立模型。
图2 模型的建立
3.2机翼材料属性
飞机机翼的弹性模量E=2⨯105Mpa，密度ρ=7800kg/m3，泊松比μ=0.3，其截面属性为均匀实体截面。
属性建立好，直接赋给飞机机翼模型即可。
图3 材料属性
3.3设置工步
设置需要的特征值数目为6。
图4 设置工步
3.4设置边界条件
飞机机翼一端固定，一端处于自由状态。
图5 边界条件
3.5划分网格
其单元类型为隐式线性三维应力缩减积分单元C3D8R。
图6 网格划分
3.6设置工作任务
设置一个进行模态分析的工作任务，设置完成后就可直接运行程序，得到分析后的结果：
图7一阶振型图图8 二阶振型图
图9三阶振型图图10 四阶振型图
图11五阶振型图图12 六阶振型图。