ANSYS实例分析飞机机翼.docx
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ANSYS实例分析飞机机翼
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PLANE4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.选取采单途径UtilityMenu>File>ChangeTitle
2.输入文字“Modalanalysisofamodelairplanewing”，然
后单击OK
3.选取菜单途径MainMenu>Preferences.
4.
单击Structure选项使之为ON单击OK主要为其命名的作用
GEI
■*■!
ElementTypes对话框将出现
6.单击Apply。
7.在右边的滚动框中单击“Brick8node45
8.单击OK
9.单击ElementTypes对话框中的Close按钮
DefinedEleioentTypes:
Type1PLAWB42
SOLID45
Type2
第3步：
指定材料性能
1.选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>Material
Props>-Constant-lsotropic。
IsotropicMaterialProperties
话框将出现。
2.在OK上单击以指定材料号为1。
第二个对话框将出现。
3.输入EX为7E10
4.输入DEN助1500、
5.
ANSYS
输入PRXY为0.26
ADensityfarMaterialNumber1
DensityforIhterialNumber1
a.
6.单击OK
第4步：
在给定的位置生成关键点
1.选取菜单途径Main
Menu>Preprocessor>-Modeling-Creat>Keypoints>InActiveCS。
CreatKeypointsinActiveCoordinateSystem对话框将出现。
2.输入Keypointnumber（关键点号）为1，X,Y,Z位置分别为
0,0,0。
可用TAB键在输入区之间移动。
3.单击Apply。
4.对下面的关键点及X，Y，Z位置重复这一过程:
关键点2:
2,0,0
关键点3:
2.3,0.2,0
关键点4:
1.9,0.45,0
关键点5:
1,0.25,0
5.输入完最后一个关键点后，单击OK
6.选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Window
Controls>WindowOptions。
7.
在Locationoftriad滚动框中，找到“Notshown”并选中它
9.选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering。
10.单击Keypointnumbering使之成为ON然后单击OK在ANSYS图形窗口中将出现带有编号的关键点。
第5步：
在关键点间生成直线和样条曲线
1.选取菜单途径Main
Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>
StraightLine。
拾取菜单（PickingMeni）CreateStraightLines
将出现。
2.在关键点1和2上按顺序各单击一次。
在关键点间将出现一条直线。
3.在关键点5和1上按顺序各单击一次。
在关键点间将出现一条直线。
4.在拾取菜单中单击0K
5.选取菜单途径Main
Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Splines>With
options>Splinethrukps。
拾取菜单B_Spline将出现。
6.按顺序选中关键点2,3,4,5，然后单击OKB_Spline对话框将出现。
7.输入XV1,YV1,EV1分别为-1,0,0，XV6,YV6,EV6分别为
-1,-0.25,0。
8.单击OK机翼的曲线部分将出现在图中。
ANS於
KTV172QLS
第6步：
生成横截面
1.选取菜单途径Main
Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitary>By
Lines。
拾取菜单CreateAreabyLines将出现。
2•单击所有的三条线各一次
3.单击OK线围成的面将以高亮度显示出来
4.在ANSYSToolbar上单击SAVE_DB
ANSYSTw止ar
SAVE一DB|RESUMJB
ANSYS肮inMmu
第7步：
指定网格密度并对面进行网格
1.选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Size
Cntrls>-ManualSize-Global-Size。
GlobalElementSize对话框将
出现。
2.
在elementedgelength（单元边长）处输入0.25。
INDUJ-TTS■PGINNTJH
3.单击OK
4.选取菜单Main
Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Free。
拾取菜单MeshAreas将出现。
5.单击PickAll。
（如果出现警告框，单击close。
请看下面的注释。
）
6.在ANSYSToolbar上单击SAVEDB
7.
WnHminA11P"t«nfmecT—1miii11mitw«nrr
第8步：
设置线被划分的段数（下图仅为参考之用，不具备实际
效果，与操作有关）
1.
1.在MODELINGOPERATEEXTRUDE,ELEMEXT0PT1
2.在Numberofelementdivisions处输入10。
3.单击OK
第9步：
将带网格的面拉伸成带网格的体
1.
。
Meshing
选取菜单途径MainMenu>mesh
Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribs
Attributes对话框将出现。
2.在elementtypenumber处输入2。
3.单击OK
4.选取菜单途径Main
Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude/
Sweep>-Areas-ByXYZOffset。
拾取菜单ExtrudeAreabyOffset
将出现。
5.单击PickAll。
ExtrudeAreasbyXYZOffset对话框将出现。
6.在offsetforextrusion处输入0,0,10。
7.单击OK（如果出现警告框，单击close。
请看下面的注释。
）
注意一在这个例子中采用SOLID45单元是为了让ANSYS/ED版用户也能做此实例。
使用这种单元会导致如下警告：
“Themeshof
volume1containsSOLID45degenerateelements,whicharemuchtoostiffinbending.Usequadraticelementsifposssble.”。
如果当前使用的不是ANSYS/ED,可以用SOLID95单元进行分析。
8.选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Pan,Zoom,Rotate。
9.单击“ISO”，然后单击closeo
10.在ANSYSToolbar上单击SAVE_DJ3
第10步：
进入求解器并指定分析类型和选项
1.选取菜单途径MainMenu>Solution>-AnalysisType-New
Analysis。
NewAnalysis对话框将出现。
2.选中Modalanalysis，然后单击OK
3.选取菜单途径MainMenu>Solution>-AnalysisOptions，Modal
Analysis
M
HiZTlII
4.选中Subspace模态提取法。
5.在Numberofmodestoextract处输入5。
6.单击OKSubspaceModalAnalysis对话框将出现。
7.单击OK接受缺省值。
第11步：
释放已选的PLANE42单元
应当释放用于2-D面网格划分的PLANE42单元，因为它们不必参与分析。
1.选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities。
Select
Entities对话框将出现。
2.在对话框上部的两个滚动框中，选取“Elements”和“By
Attribute”。
3.单击Elemtypenum选项使之成为ON
4.在Min,Max,lnc区输入单元类型号为1。
5.单击Unselect选项使之成为ON
6.单击Apply。
第12步：
对模型施加约束
1.选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities。
Select
Entities对话框将出现。
2.在对话框上部的两个滚动框中，选“Nodes'和“ByLocation
3.单击Zcoordinates选项使之为ON
4.在Min,Max区输入Z坐标为0。
5.单击FromFull选项使之为ON
6.单击Apply。
7.选取菜单途径Main
Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>-On
Nodes拾取菜单ApplyU,ROTonNodes将会出现。
8.单击PickAll。
ApplyU,ROTonNodes对话框将出现。
9.单击“All自由度（DOF”。
10.单击OK
11.
11.在SelectEntities对话框中的第二个滚动框中选取“By
Num/Pick”。
12.单击SeleAll
13.单击Cancel。
|Nodes二
|ByNum/Piick
*FromFull
Rcsitlccl
AlsoSelect
XENT5
第13步：
指定要扩展的模态数并求解
1.选取菜单途径MainMenu>Solution>-LoadStep
Opts-ExpansionPass>ExpandModes。
ExpandModes对话框将出现。
2.在numberofmodestoexpand处输入5。
3.单击OK
4.选取菜单途径MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS。
浏览
在/STAT命令对话框中出现的信息，然后使用File>Close关闭该对
话框。
5.单击OK在出现警告“Acheckofyourmodeldataproduced
21warnings.ShouldtheSOLV^ommancbeexecuted?
”时单击Yes。
6.在出现警告“Acheckofyourmodeldataproduced1Warning。
ShouldtheSOLVcommandbeexecuted?
”时单击Yes。
7.求解过程结束后单击close
QSolutionisdone!
Close
liiuttjndnm'cnu
亠II
第14步：
列出固有频率
1.选取菜单途径MainMenu>GeneralPostproc>ResultsSummary
浏览对话框中的信息然后用File>Close关闭该对话框
7WSYS
BOV132015
SETTlHEZFRE4LOADSTEFBUBBTEPCUMULATIUE
11.C&T3：
ill
2IfP122
3S5t33
441・435144
574-iBfl155
I
91tH
:
icinm
HE:
tor
Dias1
第15步：
观察解得的五阶模态
在X11Motif系统中:
1.选取菜单途径MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-FirstSet。
2.选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>ModeShapeAnimateModeShape对话框将出现。
3.在timedelay处输入0.5。
4.单击OKAnimationController对话框将会出现，动画开始播放。
5.单击Stop停止动画播放。
6.选取菜单途径MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-NextSet。
7.选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>ModeShapeAnimateModeShape对话框将出现。
8.单击OK接受先前的设置。
动画开始播放。
9.单击Stop停止动画播放。
10.对剩余的三个模态重复步骤6〜9。
在WindowsNT或Windows96系统中：
1.选取菜单途径MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-FirstSet。
2.选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>ModeShape
MediaPlayer-file.avi对话框将出现。
3.在对话框中选择Edit>Options。
Options对话框将会出现。
4.单击“AutoRepeat”然后单击OK
5.单击Playtoolbar上的按钮（4）观察动画播放。
6.单击Stoptoolbar上的按钮（<）。
7.选取菜单途径MainMenu>GeneralPostProc>-Read
Results-NextSet。
8.选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>ModeShapQ
9.单击Playtoolbar上的按钮观察动画。
10.单击Stoptoolbar上的按钮。
11.对剩余的三个模态重复步骤7〜10。
一，一阶
nodjeliinBlySiab£良ordelHi吗
二阶模态
0ISFW2HE5T
KodelaoBlyilaofanDdelairplanEtrinq
5IEP=1
SUB=2
TBE；＞15.4M6
M=.«1507
三阶
四阶
ciaucEKrn
5141
SUB=1
M=a021516
五阶
第16步：
退出ANSYS
1.在ANSYSToolbar中选QUIT。
7
2.选Quit-NoSave!
3.单击OK
二，请描述平面结构有限元求解的基本步骤
针对平面结构问题只须考虑平行于某个平面的位移分量、应变分量与应力分量，且这些量只是两个坐标的函数，平面问题分平面应力问题和平面应变问题两类。
针对二维的连续介质，对平面结构的有限元分析步骤如下：
1）用虚拟的直线把原介质分割成有限个平面单元，这些直线是单元的边界，几条直线的焦点即为节点。
2）假定个单元在节点上互相铰接，节点位移是基本的未知量。
3）选择一个函数，用单元的三个节点的位移唯一的表示单元内部任一点的位移，此函数称为位移函数。
4）通过位移函数，用节点位移唯一的表示单元内任一节点的应变；再利用广义的胡克定律，用节点位移可唯一的表示单元内任一点的应力。
5）利用能量原理找到与单元内部应力状态等效的节点力；再利用单元应力与节
点位移的关系，建立等效节点力与节点位移的关系。
6）将每一单元所承受的载荷，按静力等效原则移置到节点上。
7）在每一节点建立用节点位移表示的静力平衡方程，得到一个线性方程组；解出这个方程组，求出节点位移；然后可求得每个单元的应力。
三，空间结构中一般采用哪些单元进行网格划分，请描述这些
常用单元的基本特性。
Beam4承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元，每个节点上有六个自由度：
x、y、z三个方向的线位移和绕x,y,z三个轴的角位移
S0LID5三维耦合场体单元，8个节点，每个节点最多有6个自由度
LINK8三维杆（或桁架）单元，用来模拟：
桁架、缆索、连杆、弹簧等等，是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度：
沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动
Shell434节点塑性大应变单元，适合模拟线性、弯曲及适当厚度的壳体结构。
单元中每个节点具有六个自由度：
沿x、y
和z方向的平动自由度以及绕x、y和z轴的转动自由度
Shell63弹性壳单元，具有弯曲能力和又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载。
本单元每个节点具有6个自由度：
沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和沿节点坐标系X、Y、Z轴的转动
SOLID643-D各向异性结构实体单元，用于各向异性实体结构
的3D建模。
单元有8个结点，每个结点3个自由度，即沿X、
y、z的平动自由度
SOLID65用于含钢筋或不含钢筋的三维实体模型。
该实体模型可具有拉裂与压碎的性能
PLANE75
4节点轴对称谐波热单元，作轴对称环单元，具有3维热传导能力。
本单元有4个节点，每个节点只有一个自由度-温度
TEMPPLANE78
8节点轴对称-谐波热单元，轴对称环单元，具有3维热传导能力。
本单元有8个节点，每个节点只有一个自由度-温度TEMPBeam1883维线性有限应变梁单元，适合于分析从细长到中等粗短的梁结构
四，如何描述根据虚位移原理来获得单元的刚度矩阵的公式推
导过程。
答：
根据虚位移原理对单元进行分析时，单元是在等效节点里的作用下处于平衡的，而这种节点力可采用列阵表示为
｛町二肾R；vtUjVJUm叮
假设在单元中发生有虚位移，则相应的三个节点i、j、m的虚位移为
｛＜5*?
=［&,况別丸K&J
且假设单元内各点的虚位移为jr｝,并具有与真实立移相同的位移模式。
故有犷｝=［44
单元内的虚应变们为$｝二同｛疔
于是作用在单元体上的外力在虚位移上所做的功可以写为依\R｝e
而单元内的应力在虚应变上所做的功为
）］科｛咖4=（『汀JJ吋［DfB^tdxdy
根据虚位移原理，可得到单元的虚功方程即何『｛町=何川吋四咏啊讷
所以可得｛r｝"=0［神［川［砒〃词⑹"记［扶肿f［功恥妙
则有府二［灯紛
上式就是表征单元的节点力和节点位移之间关系的刚度方程，旧1就是单元刚度矩阵。
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