铝合金机翼模态分析
机翼模型分析实例
南昌航空大学实验报告课程名称：CAD/CAE软件应用实验名称：机翼模型分析实例指导老师评定：签名：（一）实验目的：1.进一步熟悉应用ANSYS对实体进行受力分析。
2.对机翼进行模态分析，观察分析机翼的应力，应变情况。
（二）实验要求：1.对机翼进行实体建模，并对其进行加载计算。
2.扩展模态再次进行计算，并进行结构后处理。
（三）实验内容：/PREP7ET,1,PLANE182ET,2,SOLID185MPDATA,EX,1,,3800 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPDATA,DENS,1,,1.033E-3 K,1,0,0,0,K,2,2,0,0,K,3,2.3,0.2,0,K,4,1.9,0.45,0,K,5,1,0.25,0,LSTR, 1, 2 LSTR, 5, 1 FLST,3,4,3FITEM,3,2FITEM,3,3FITEM,3,4FITEM,3,5BSPLIN, ,P51X, , , , ,-1,0, 0,-1,-0.25,0,FLST,2,3,4FITEM,2,1FITEM,2,3FITEM,2,2AL,P51XESIZE,0.25,0, MSHKEY,0CM,_Y,AREAASEL, , , , 1CM,_Y1,AREACHKMSH,'AREA' CMSEL,S,_YAMESH,_Y1CMDELE,_YCMDELE,_Y1CMDELE,_Y2ESIZE,0,10,TYPE, 2MAT, 1REAL,ESYS, 0SECNUM,FLST,2,1,5,ORDE,1FITEM,2,1VEXT,P51X, , ,0,0,10,,,,FINISH/SOLANTYPE,2MODOPT,LANB,5EQSLV,SPARMXPAND,5, , ,0LUMPM,0PSTRES,0MODOPT,LANB,5,0,0, ,OFFESEL,U,TYPE,,1NSEL,S,LOC,Z,0FLST,2,26,1,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-26D,P51X, , , , , ,ALL, , , , ,ALLSEL,ALLMXPAND,5,0,0,0,0.001,SOLVEFINISH/PREP7FINISH/POST1/VIEW,1,1,2,3/ANG,1/REP,FASTFINISH/SOLFINISH/POST1SET,LISTSET,FIRSTPLDI, ,ANMODE,10,0.5, ,0/TITLE,肖曾 12061210SET,NEXTPLDI, ,ANMODE,10,0.5, ,0/TITLE,肖曾 12061210SET,NEXTPLDI, ,ANMODE,10,0.5, ,0/TITLE,肖曾 12061210SET,NEXTPLDI, ,ANMODE,10,0.5, ,0/TITLE,肖曾12061210（四）实验结果：（A)第一阶振动模态（B)第二阶振动模态(C)第三阶振动模态(D)第四阶振动模态（五）实验总结：通过这次实验进一步熟悉了ANSYS的使用方法。
B型内燃动车组铝合金车体模态分析及试验验证
B型内燃动车组铝合金车体模态分析及试验验证摘要本文针对B型内燃动车组铝合金车体的结构特点及铝合金材料的力学性能，合理建立车体有限元模型，模拟车体的模态。
通过仿真与试验结果的对比表明，有限元分析结果与试验数据在模态的振型和频率在数值上接近一致，考虑到车体结构的复杂性及有限元建模的过程，可以认定有限元模拟的可靠性，为车体结构的进一步优化与改进提供了参考依据。
关键词铝合金车体模态有限元试验1前言轨道车辆在行驶过程中，由于轨道的不平顺、轮轨间的相对运动及车辆悬挂系统自身的特征等原因，车辆在行驶过程中会产生复杂的振动，这种振动的大小与对旅客的乘坐舒适度和车体结构的疲劳损伤都有明显的影响。
为保证设计的轨道车辆在运行中具有良好的车体结构振动特性，需对车体的模态进行分析。
本文根据模态分析理论，采用有限元分析软件对B型内燃动车组铝合金车体进行模态分析，并通过与试验数值的对比，验证了有限元模型的可靠性，为车体结构的优化设计和后续开发提供了可靠地保证。
2模态分析理论本次车体模态分析计算工况为无约束自由模态。
对于铝合金Tc车体的动力学问题，可以根据三维弹性动力学基本方程及力的边界条件，并利用等效积分形式的Galerkin提法，最终得到弹性体振动的有限元格式下的动力学微分方程：（1）其中：、和分别是结构的结点加速度向量、结点速度向量、结点位移向量，M、C、K、Q(t)分别是结构的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和结点载荷向量。
式（1）是铝合金TC车体振动分析的动力学基础。
车体自由模态分析主要是预测无阻尼结构的自振频率和振型，这一方面可以用来预测共振及降噪设计，另一方面可以为求解动力响应做准备。
对无阻尼结构模态求解时，C=0；在进行无约束自由模态求解时，Q(t)=0，则（1）式简化为:（2）假设（2）式解的形式为：，其中φ是n阶振型向量,ω是向量φ振动的频率，t是时间变量，t0是由初始条件确定的时间常数。
将上式代入（2）式得到一广义特征值问题：（3）求解特征值问题的方法有很多，如SVI法、Guyan Reducthion法、Lanczos法等。
飞机机翼的模态分析
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。
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。
Ansys实例-飞机机翼模态分析
实例二：飞机机翼模态分析如图为飞机一支机翼，已知密度ρ=0.38e3kg/m³，弹性模量E=3.8e5Mpa，泊松比ε=0.35，L7=10m,点1（0,0,0），点2（2，0,0），点3（2.3,0.2,0），点4（1.9，0.45,0），点5（1,0.25，0）。
分析其振动情况。
1.设置工作路径：File> Change Directory>Close2.定义工作名作名称和模拟标题：File>ChangeJobname，输入Half of Wings；File>ChangeTittle，输入The Vibrational Analysis on Half of Wings，Close 3.定义对象类型：Preferences>Structural>Close.如图1所示。
图14.刷新显示：鼠标右键点击Replot5.Apply，再选Brick 8node 185，OK，Close.如图2，3所示。
图2图36.设置材料参数：Material Props>MaterialModels>Favorites>Linear Static >Density，弹框内输入DENS=8.3e2。
如图4所示。
图47.Preprocessor >Material Props>Material Models >Favorites>Linear Static>Linear Isotropic，在弹框内输入EX=3.8e5，PRXY=0.35。
如图5所示。
图58.建立关键点模型：Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS，在弹框内依次输入点1：0，0，0；点2：2，0，0；点3：2.3，0.2，0；点4：1.9，0.45，0；点5：1，0.25，0。
铝合金地铁车体静强度和模态分析 (2)
铝合金地铁车体静强度和模态分析随着我国城市化进程脚步的不断加快，国内的地铁也随之成为各大城市的重要交通工具之一，研发水平在不断地提高，在车体新材料和新工艺方面的研究也越来越多。
铝合金材料以密度小、密封性好和易于挤压成型等优点，越来越广泛地应用于铝合金地铁车体。
为确保车辆在工作状态下安全可靠，车体结构必须要有足够的刚度和强度，满足相关的技术标准。
目前车体结构的强度计算分析主要采用有限元法，为其结构改进和优化提供依据。
标签：铝合金；地铁车体；静强度；模态随着大型铝合金中空挤压型材的开发及焊接技术的不断改进，组装和焊接件的数量逐渐减少，再加上铝合金车体具有减重效果好、耐腐蚀性强、运行平稳性好等优点，使其成为客车车体制造的首选型材。
车体是地铁的主要承载部件之一，为保证它在运行中的安全性和可靠性，要求铝合金车体结构具有足够的强度和刚度，并满足相关技术标准的要求。
下面以有限元法为基础，利用有限元分析软件ANSYS建立某地铁铝合金车体结构的有限元模型，并依据相关标准的规定对车体强度进行了多工况的计算分析，得到车体结构在各个工况下的应力水平、应力分布、刚度、自振频率及振型。
由于中国地铁建设尚处于初级阶段，尽管有不少关于轮轨关系的定性描述，但对地铁振动荷载定量分析的研究还较少，目前还没有制定地铁强度标准和载荷工况标准，此次计算分析主要参照国外地铁车辆技术标准和铁路运输行业标准《内燃、电力机车车体静强度试验方法》（TB/T2541-1995）、国标《内燃机车通用技术条件》（GB3314）等规范和标准，确定车体的计算载荷、计算工况以及车体静强度、刚度、模态频率等计算结果要求。
1车体结构的有限元模型1.1有限元模型坐标定义由于B型车的拖车模型是纵向对称的，对于对称荷载只将结构的一半模型化（B侧），在本文中所有涉及坐标系的方向，均以下面的定义为准：车的结构以yoz平面为对称面；原点o在驾驶室地板前端中央；x向为从结构对称面指向车体侧墙；y向为从地板指向车顶；z向为从驾驶室指向车尾。
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。
铝合金飞机结构强度与稳定性分析
铝合金飞机结构强度与稳定性分析飞机结构的强度与稳定性是航空工程设计中的关键考虑因素之一。
而在现代航空工业中，铝合金已被广泛应用于飞机结构，因其具有较高的强度、轻质化、抗腐蚀性好等优点。
本文将对铝合金飞机结构的强度与稳定性进行探讨，以期为航空工程设计提供一定的参考。
1. 铝合金飞机结构的强度分析铝合金作为常用的航空材料，其强度性能成为设计过程中一个关键的指标。
铝合金的强度主要取决于晶粒尺寸、合金化元素、热处理等因素。
其中，晶粒尺寸越小，其强度越高。
同时，合金化元素的添加可以改善铝合金的强度和刚度。
在铝合金的热处理过程中，通过控制退火和冷却速度等工艺参数，可以有效提高铝合金的强度。
飞机结构的强度分析主要涉及到静态载荷和疲劳载荷两种情况。
在静态载荷分析中，飞机的受力状态通过数值模拟方法得以分析，以确定各个结构件的受力情况。
同时，在疲劳载荷分析中，通过模拟实际飞行过程中的典型载荷情况，如起飞、爬升、巡航、下降和着陆等，评估铝合金结构在飞机寿命内的疲劳性能，以确保飞机的结构安全。
2. 铝合金飞机结构的稳定性分析铝合金飞机结构的稳定性分析主要涉及到屈曲和捩跳两种情况。
屈曲是指在受到压缩载荷的情况下，结构出现失稳现象。
而捩跳则是指在受到扭矩载荷的情况下，结构出现失稳现象。
这两种失稳破坏形式都可能导致结构的严重变形甚至崩溃，因此在设计过程中需要进行相应的稳定性分析。
为了确保飞机结构的稳定性，可以采用理论计算和数值模拟两种方法。
理论计算方法主要通过应用弹性稳定理论和初始几何缺陷评估结构的承载能力。
而数值模拟方法则通过建立飞机结构的有限元模型，并施加相应的载荷，进行结构的稳定性分析。
通过理论计算和数值模拟的相结合，可以全面、准确地评估铝合金飞机结构的稳定性。
3. 铝合金飞机结构强度与稳定性分析的优化方法为了进一步提高铝合金飞机结构的强度与稳定性，可以采用多种优化方法。
其中，材料优化是一种常见的方式。
通过合金化、热处理等工艺措施，可以改善铝合金的性能，提高其强度和刚度。
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铝合金机翼模态分析
模态是机械结构的固有震动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析。
振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。
通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。
因此，模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。
本文通过有限元方法，对铝合金机翼进行模态分析，了解其振动特性。
1结构模型
铝合金是应用最为广泛的航空材料，铝合金结构具有强度高，质量小的优点，被广泛的应用于机身和机翼的设计。
本次使用的铝合金型号为6061，其密度为2.8g/cm3，弹性模量为E=68.9Gpa，泊松比为0.330，机翼的结构模型如下图1所示
图1.1机翼结构模型
假定该机翼为小型无人机机翼，整个机翼由蒙皮、主梁、辅助梁、翼肋组成。
该机翼是弦长为100mm，展弦比为8的矩形直机翼。
蒙皮厚度为1mm，主梁厚度为2mm，位于翼型最大厚度处，辅助梁的厚度为1mm，位于后缘1/4弦长处，端肋厚度为1mm，加强肋厚度为2mm。
上图给出的是半个机翼的有限元分析模型，其右端固支在机身上。
1.数学模型
机翼的无阻尼固有振动方程为：
0)(2=Φ-M K ω （2.1）
式中：
结构的固有频率；结构的特征向量矩阵；
矩阵；
结构的刚度矩阵和质量--Φ-ωM K ,
结构离散化后，运动状态下，可以得到结构的动力平衡方程如下：
（2.2）
上式中{P (t )}为流体力矢量，结构在空气中自由振动时，此项为零。
本次分析不考虑空气动力的影响，因此结构系统在空气中的无阻尼振动方程为
0}]{[]][[][][1=++δδδ
K C M (2.3) 2.机翼有限元模态分析
在对机翼模型进行模态分析之前首先要定义其材料属性为密度为2.8g/cm3，弹性模量为E=68.9Gpa ，泊松比为0.330，接着对其进行有限元网格划分，本次网格划分采用的是六面体结构化网格，网格大小为1mm ，网格数为，如图3.1-3.3所示
3.1 翼端处网格
)}({][}]{[][][1t P K C M =++δδ
3.2 翼身处网格
3.3 内部网格
划分完网格后，对机翼的右端加固定支撑，因为在无人机实际飞行过程中，机翼可以认为是固定在机身上的，如图3.4所示
3.4 根部固支
接下来要做的就是定义有限元分析类型，本次分析选择的有限元分析类型为Block Lanczos法，这种方法是一种功能十分强大的方法，它经常应用于具有实体单元或壳单元的模型中，能够的到很好的刚体振型。
取分析结果的前六阶模态进行分析，计算结果如图所示。