基于ANSYS和實(shí)驗(yàn)的懸臂薄板模態(tài)分析

程亮亮 張盼龍 陳玉剛

摘?要：運(yùn)用ANSYS 軟件對(duì)某懸臂薄板進(jìn)行了模態(tài)分析，得到了懸臂薄板的前10階固有頻率和振型，確定了懸臂薄板的振動(dòng)特性，模態(tài)分析提供了研究各種實(shí)際結(jié)構(gòu)振動(dòng)的一條有效途徑，從而為以后應(yīng)用過(guò)程中提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：Ansys模態(tài)分析懸臂薄板振型

中圖分類(lèi)號(hào)：TH69 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）10（a）-0126-01

懸臂薄板的固有特性，在一定程度上可以模擬和反應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的固有特性。因而，研究懸臂薄板的固有特性在航空領(lǐng)域具有很重大的意義。鑒于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的振動(dòng)疲勞故障的不斷出現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的振動(dòng)問(wèn)題越來(lái)越得到研究學(xué)者的關(guān)注。葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零、部件之一，其工作可靠性直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行和飛行安全。在一般情況下，葉片屬于無(wú)限壽命設(shè)計(jì)的零件，即在發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命期間，葉片不會(huì)因?yàn)榈綁鄱鴵p壞。但是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程中，葉片起著氣體熱能、壓力能與氣體動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化媒介的作用。鑒于此特殊功能的關(guān)系，葉片的承載情況十分復(fù)雜，工作條件十分惡劣。其承受較高的離心力、氣動(dòng)力、振動(dòng)應(yīng)力、溫度應(yīng)力和介質(zhì)等的綜合作用[1]。因此，對(duì)懸臂薄板的研究在航空領(lǐng)域具有重大的意義。

1懸臂薄板有限元分析

在SOLID單元分析中，分別建立體模型、面模型，以便分析不同的網(wǎng)格劃分方式對(duì)結(jié)果的影響；在SHELL單元分析中，建立面模型進(jìn)行分析，利用單元不同的厚度實(shí)常數(shù)設(shè)置對(duì)懸臂薄板的厚度進(jìn)行分析。

對(duì)于薄板結(jié)構(gòu)，可以使用SOLID45、SOLID95、SOLID185、SOLID186等類(lèi)型的單元進(jìn)行建模。SOLID45和SOLID185用于建立三維實(shí)體結(jié)構(gòu)模型。該單元由八個(gè)節(jié)點(diǎn)定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度：節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的x、y、z方向的平動(dòng)。

定義好材料屬性后就要對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分時(shí)網(wǎng)格密度要選擇適中，太密影響分析模型的速度，太疏降低分析的精度[2]。

根據(jù)上述懸臂薄板有限元建模方法建立響應(yīng)的計(jì)算模型，采用Block Lanczos方法進(jìn)行模態(tài)分析。

2 模態(tài)分析

模態(tài)分析需要指定模態(tài)提取方法，模態(tài)提取階數(shù)，模態(tài)擴(kuò)展的階數(shù)、和求解頻率范圍等。ANSYS 中有7種求解模塊，由于Lanczos法被認(rèn)為是目前求解大型特征值問(wèn)題最有效的方法，它具有求解精度高，計(jì)算速度快的特點(diǎn)，本文選擇其中的BLOCKLANCZOS 方法求解[3]。擴(kuò)展模態(tài)計(jì)算設(shè)置，懸臂薄板的自由振動(dòng)可以表示為各階固有振型的線(xiàn)性組合。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

從計(jì)算結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以分析得到：懸臂薄板低階振動(dòng)主要是以簡(jiǎn)單的彎、扭來(lái)加以描述或者采用半波數(shù)的方式來(lái)描述[4]。

4結(jié)語(yǔ)

本文借助有限元分析軟件ANSYS 以及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了某一懸臂薄板的固有頻率、固有振型的分析。獲得了此懸臂薄板前4階的固有頻率和固有振型，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片類(lèi)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]柳海龍.復(fù)雜邊界約束條件下發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的固有振動(dòng)特性研究[D].南京航空航天大學(xué)，2007.

[2]何勇.基于ANSYS的航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤(pán)模態(tài)分析[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2012（1）.

[3]周鵬，胡予立，張小軍.基于ansys的壓氣機(jī)盤(pán)模態(tài)分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005，25（6）：61-62.

[4]曹志遠(yuǎn).板殼振動(dòng)理論[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1989.