机翼模态分析实验

1 机翼模态分析实验 实验指导书 哈尔滨理工大学机械动力工程学院机械工程实验中心 2013 年 11 月 2 一 一 实验目的实验目的 1 使学生深化对机械系统有限元仿真的认识 2 培养学生的工程分析能力 二 二 实验内容实验内容 对飞机机翼完成几何建模 单元划分 约束处理 外载处理 参数设定 计算设定以及 结果分析等完整的固有频率分析过程 O p A B F F X Y Y X Z D 1 9 0 45 0 E 1 0 25 0 B 2 0 0 C 2 3 0 2 0 A B E C D 图 1 三 三 实验步骤实验步骤 1 定义标题和设置参数 1 Menu 选择菜单 Utility File Change Title 2 输入文本 Modal analysis of a model airplane wing 单击 3 选择菜单 Main Menu Preferences 4 选中 Structural 选项 单击 2 定义单元类型 1 选择菜单 Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete 弹出 Element Types 窗口如图 2 图 2 Element Types 窗口 3 2 单击 弹出 Library of Element Types 对话框如图 3 图 3 Library of Element Types 对话框 3 在左侧的滚动框中选择 Structural Solid 4 在右侧的滚动框中选择 Quad 4node 42 5 单击 6 在右侧的滚动框中选择 Brick 8node 45 单击 7 单击关闭窗口 1 定义材料性质 1 选择菜单路径 Main Menu Preprocessor Material Props Material Models 打开 Define Material Model Behavior 材料属性对话框如图 4 图 4 Define Material Models Defined 窗口 2 在 Material Models Available 窗口中选择下面的路径 Structural Linear Elastic Isotropic 打开另一对话框 3 在 EX 一栏中输入 3800 4 在 PRYX 一栏中输入 0 3 单击关闭窗口 5 双击 Structural Density 打开另一窗口 4 6 在 DENS 一栏中输入 1 033E 3 单击关闭窗口 7 Material Model Number l 出现在 Define Material Models Defined 窗口中 8 选择菜单 Material Exit 退出 Define Material Model Behavior 窗口 2 创建关键点 1 选择菜单 Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 弹出 Create Keypoints in Active Coordinate System 窗口如图 5 图 5 Create Keypoints in Active Coordinate System 窗口 2 在 keypoint number 中输入 1 在 Location in active CS 中输入坐标 0 0 0 3 单击 4 重复步骤 2 和 3 输入关键点 2 5 的坐标值 2 0 0 2 3 0 2 0 1 9 0 45 0 与 1 0 25 0 5 在输入完最后一点之后 单击 6 选择菜单 Utility Menu PlotCtrls Window Controls Window Options 7 在 Location of triad 滚动菜单中选中 Not shown 单击 8 选择菜单 Utility Menu PlotCtrls Numbering 9 将 Keypoint numbers 设为 ON 单击 3 在关键点之间创建线 1 选择菜单 Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Line 弹出图 6 的 Create Straight Lines 拾取菜单 2 在绘图区域按顺序选中关键点 1 和 2 绘出一条直线 3 在绘图区域按顺序选中关键点 5 和 1 绘出另一条直线 4 单击 5 选择菜单 Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Splines With options Spline thru KPs 弹出 B Spline 拾取菜单窗口图 7 5 图 6 Create Straight Lines 窗口 图 7 B Spline 窗口 6 按顺序选中关键点 2 3 4 5 然后单击 弹出另一窗口如图 8 所示 图 8 B Spline 窗口 7 在 XVl YVl ZVl 域中输入 1 0 0 在 XV6 YV6 ZV6 域中输入 1 0 25 0 8 单击 在绘图区域显示出机翼的曲线部分如图 9 6 图 9 机翼的曲线部分 4 创建横截面 1 选择菜单 Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary By lines 弹 出 Create Areas 拾取菜单如图 10 2 在绘图区域选中所有的三条直线 单击 生成面如图 11 图 10 Create Areas 拾取菜单 图 11 生成的面 3 单击 Toolbar 上的进行存盘 5 定义网格密度并进行网格划分 1 选择菜单 Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Global 7 Size 弹出 Global Element Sizes 窗口如图 12 2 在 Element edge length 一栏中输入 0 25 单击 图 12 Global Element Sizes 对话框 3 选择菜单 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Areas Free 打开 Mesh Areas 拾取菜单如图 13 4 单击 如果出现警告信息 忽略并关闭信息窗口 生成模型如图 5 15 所示 图 13 Mesh Areas 拾取菜单 图 14 生成的有限元模型 5 单击 Toolbar 上的进行存盘 6 将网格划分面积嵌入网格划分体积 1 选择菜单 Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Global Size 弹出 Global Element Sizes 窗口 2 删除单元的边界长度 3 在 Number of element divisions 中输入 10 单击 4 选择菜单 Main Menu Preprocessor Meshing Meshing Attributes Default Attribs 弹 出 Meshing Attributes 窗口如图 15 所示 5 在 Element type number 一栏中选择 2 Solid45 单击 6 选择菜单 Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas By XYZ Offset 打开 Extrude Area by Offset 拾取菜单如图 16 8 图 15 Meshing Attributes 对话框 图 16 Extrude Area by Offset 拾取菜单 7 单击 出现 Extrude Areas by XYZ Offset 菜单窗口 8 在 offsets for extrusion 中输入 0 0 10 9 单击 如果出现警告信息 忽略并关闭信息窗口 10 选择菜单 Utility Menu PlotCtrls Pan Zoom Rotate 11 单击按钮并关闭该工具条 12 单击 Toolbar 上的进行存盘 7 指定分析类型和分析选项 1 选择菜单 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis 出现如图 17 所示对 话框 图 17 New Analysis 对话框 2 选择 Modal 项并单击 3 选择菜单 Main Menu Solution Analysis Type Analysis Options 打开 Modal Analysis 对话框如图 18 所示 9 图 18 Modal Analysis 对话框 4 将 Subspace 设置为 ON 5 在 No of modes to extract 中输入 5 6 单击 出现 Subspace Modal Analysis 窗口如图 19 图 19 Subspace Modal Analysis 窗口 7 使用默认设置并单击 10 8 取消 PLANE42 单元类型的选定 1 选择菜单 Utility Menu Select Entities 弹出 Select Entities 对话框 2 选择 Elements 和 By Attributes 3 将 Elem type num 选项设为打开状态 4 在 Min Max Inc area for the element type number 中输入 l 5 选中 Unselect 选项 并单击 9 施加约束条件 1 选择菜单 Utility Menu Select Entities 弹出 Select Entities 对话框 2 选择 Nodes 和 By Location 3 将 Z coordinates 选项设为打开状态 4 在 Min Max Inc area for the Z coordinate location 中输入 0 5 选中 From Ful 选项 并单击 6 选择菜单 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 弹出 Apply U ROT on Nodes 拾取菜单 7 单击 打开 Apply U ROT on Nodes 窗口 8 单击 All DOF 9 单击 10 执行 Utility Menu Select Everything 10 将模态扩展并求解 1 选择菜单 Main Menu Solution Load Step Opts ExpansionPass Single Expand Expand Modes 弹出 Expand Modes 对话框如图 20 图 20 Expand Modes 对话框 2 在 No of modes to expand 中输入 5 单击 3 选择菜单 Main Menu Solution Solve Current LS 开始求解 4 当求解完成后 关闭窗口 11 进行结果后处理 5 选择菜单 Main Menu General Postproc Results Summary 观察弹出信息内容然后 关闭 6 选择菜单 Main Menu General Postproc Read Results First Set 11 7 选择菜单 Utility Menu PlotCtrls Animate Mode Shape 打开 Animate Mode Shape 对话框如图 21 图 21 Animate Mode Shape 对话框 8 单击 观察显示动画 9 选择菜单 Main Menu General Postproc Read Results Next Set 10 选择菜单 Utility Menu PlotCtrls Animate Mode Shape 11 单击 观察显示动画 12 重复 5 7 观察剩余的三个模态 12 保存文件并退出 ANSYS 1 执行 Utility Menu File Save as 保存为 Plane resu db 文件 2 单击 Toolbar 上的按钮 3 选择 Quit No Save 并单击 命令流 FILNAM MODAL TITLE Modal analysis of a modal airplane wing PMETH OFF 0 KEYW PR STRUC 1 UIS MSGPOP 3 PREP7 ET 1 PLANE42 ET 2 SOLID45 MP EX 1 3800 MP PRXY 1 0 3 12 MP DENS 1 1 033E 3 K 1 K 2 2 K 3 2 3 0 2 K 4 1 9 0 45 K 5 1 0 25 TRIAD OFF PNUM KP 1 LSTR 1 2 LSTR 5 1 BSPLIN 2 3 4 5 1 0 1 0 25 AL 1 2 3 ESIZE 0 25 MSHKEY 0 MSHAPE 0 2D AMESH 1 SAVE ESIZE 10 TYPE 2 VEXT 1 0 0 10 SOLU ANTYPE MODAL MODOPT SUBSP 5 OFF EQSLV SPAR MXPAND 5 0 001 LU