搜索【技術篇】機翼模型的振動模態分析
2017-03-23 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
一個簡化的飛機機翼模型如圖 7-4 所示,該機翼沿延翼方向為等厚度。有關的幾何尺寸見圖 7-4,機翼材料的常數為:彈性模量E=0.26GPa,泊松比m=0.3,密度r=886㎏/3對該結構進行振動模態的分析。
解答這里體單元 SOLID45 進行建模,并計算機翼模型的振動模態。
建模的要點:
(1)首先根據機翼橫截面的關鍵點,采用連接直線以及樣條函數< BSPLIN >進行連接以形成
一個由封閉線圍成的面;
(2)在生成的面上采用自由網格劃分生成面單元(PLANE42);
(3)設置體單元 SOLID45,采用<EXTOPT>< VEXT>進行 Z 方向的多段擴展;
(4)設置模態分析< ANTYPE,2>,采用 Lanczos 方法進行求解< MODOPT,LANB >;
(5)在后處理中,通過<SET>調出相關階次的模態;
(6)顯示變形后的結構圖并進行動態演示<PLDI><ANMODE>。
給出的基于圖形界面的交互式操作(step by step)過程如下
進入ANSYS(設定工作目錄和工作文件)
程序→ANSYS→ANSYS Interactive→Working directory (設置工作目錄)→ Initialjobname(設置工作文件名):Modal→Run
設置計算類型
ANSYS Main Menu:Preferences…→ Structural→ OK
選擇單元類型
ANSYS Main Menu:Preprocessor→ Element Type→ Add/Edit/Delete →Add…→ Structuralsolid:Quad 4node 42→ Apply→solid→ Brick 8node 45→OK →Close
定義材料參數
ANSYS Main Menu:Preprocessor→ Material Props→Material Models → Structural→Linear→ Elastic→Isotropic:EX:0.26E9(彈性模量),PRXY:0.3(泊松比)→OK→ Density:886→ OK→Material→ Exit
生成幾何模型
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→依次選擇關鍵點 1, 2, 5, 1→OK
ANSYS Main Menu:Preprocessor→Modeling→ Create→ Lines→ Splines→ With Options→Spline thru KPs→依次選擇關鍵點 2, 3, 4, 5→ OK→ 輸入以下數據:XV1:-0.025,YV1:0,ZV1:0→ 輸入以下數據:XV6:-0.025, YV6:-0.00625, ZV6:0→OK
ANSYS Main Menu:Preprocessor→ Modeling→ Create→ Areas→ Arbitrary→ By Lines→選擇所有 3 條線→ OK
網格劃分
ANSYS Main Menu:Preprocessor→ Meshing→ Mesh Tool→ global→ Set→ Element edgelength:0.00625→ OK→ Mesh→ Pick All→ Close→ Close(點擊關閉 Mesh Tool 工具欄)
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 XYZOffset→ Pick All→Offsets for extrusionin the Z direction:0,0,0.25→ OK → Close
模型施加載荷
ANSYS Utility Menu:Select→ Entities→ Elements→ By Attributes→ Elem type num→The element type number:1 → Unselect→ Apply
模型施加約束
ANSYS Utility Menu:Select→ Entities→ Nodes→ By Location→ Z coordinates→The Zcoordinate 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→ 點擊Cancel(關閉窗口)
分析計算
ANSYS Main Menu:Solution→ Analysis Type→ New Analysis→ Modal →OK
ANSYS Main Menu:Solution→ Analysis Type→ Analysis Options→ 點擊 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!)
結果顯示
ANSYS Main Menu:General Postproc→ Results Summary→ Close(各階模態的頻率見表 7-5)。
表 7-5 機翼模型的各階模態頻率
ANSYS Main Menu:General Postproc→ Read Results→ First Set
ANSYS Utility Menu:Plot Ctrls→ Animate→ Mode Shape→ OK→ 在 AnimationController 中作相應設置(這里不詳細說明),然后關閉當前窗口→ Close
ANSYS Main Menu:General Postproc→ Read Results→ Next Set
ANSYS Utility Menu:Plot Ctrls→ Animate → Mode Shape→ OK(各階模態見圖 7-5)。
退出系統
ANSYS Utility Menu:File → Exit… → Save Everything → OK
解答給出的命令流如下
/PREP7 ! 進入前處理
ET,1,PLANE42 !選取單元類型 1(平面單元)
ET,2,SOLID45 !選取單元類型 2(空間單元)
MP,EX,1,0.26e9 !定義材料的彈性模量(1 號材料)
MP,DENS,1,886 !定義材料的密度(1 號材料)
MP,PRXY,1,0.3 !定義材料的泊松比(1 號材料)
K, ,,,, !生成幾何點 1,坐標(0,0,0)
K, ,0.05,,, !生成幾何點 2,坐標(0.05,0,0)
K, ,0.0575,0.005,, !生成幾何點 3,坐標(0.0575,0.005,0)
K, ,0.0475,0.0125,, !生成幾何點 4,坐標(0.0475,0.0125,0)
K, ,0.025,0.00625,, !生成幾何點 5,坐標(0.025,0.00625,0)
LSTR,1,2 !連接點 1 和 2 生成直線 1
LSTR,5,1 !連接點 5 和 1 生成直線 2
BSPLIN,2,3,4,5,,,-0.025,0,0,-0.025,-0.00625,0, !采用 B 樣條,連接點 2,3,4,5 生成曲線 3
AL,1,2,3 !由線 1,2,3 圍成一個面
ESIZE,0.00625 !在單元劃分前,定義單元的邊的尺度為 0.00625
MSHAPE,0,2D !設置單元劃分的類型為 2D 四邊形(key=0)
MSHKEY,0 !設置網格的自由劃分(0)
AMESH,all !對所有的面進行網格劃分(無設置時,則默認為采用第 1 號類型單元)
TYPE, 2 !設置單元類型 2(空間單元)
EXTOPT,ESIZE,10,0, !設置體單元擴展為 10 段
VEXT,all,,,0,0,0.25,,,, !對所有的面進行 Z 方向的體(包括單元)擴展,每次擴展的 Z 方向增量為 0.25
ESEL,U,TYPE,,1 !除單元類型 1 外,選擇所有的單元(實際上就是體單元)
NSEL,S,LOC,Z,0 !選擇 Z=0 的節點
D,all, , , , , ,ALL, , , , , !對所選擇的節點施加全部的固定約束
NSEL,ALL !選擇所有的節點
FINISH !前處理結束
/SOLU !進入求解模塊
ANTYPE,2 !設置模態分析(2)
MODOPT,LANB,5 !設定 LANB 方法,提取 5 階模態
MXPAND,5, , ,0 !設定模態擴展數為 5
MODOPT,LANB,5,0,0, ,OFF !設定 LANB 方法,計算 5 階模態
SOLVE !求解
FINISH !退出求解模塊
/POST1 !進入一般的后處理
/VIEW, 1 ,1,1,1 !設置視角
/ANG, 1
/REP,FAST
SET,FIRST !調出第 1 階的模態結果
SET,NEXT !調出下一階的模態結果
SET,NEXT !調出下一階的模態結果(實際上,這時為第 3 階模態)
PLDI, , !顯示變形后的結構圖
ANMODE,10,0.5, ,0 !進行動畫顯示,設置 10 幀,每幀顯示 0.5 秒
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