基于ANSYS Workbench的可伸缩机翼的模态分析

<正>气流扰动容易造成机翼的弯曲变形、扭转变形甚至损坏~([1-2])。每一个结构都有其固有频率,为了防止可伸缩飞行汽车发生共振而导致可伸缩机翼变形,因此有必要对可伸缩机翼进行模态分析~([3-4])。进行模态分析有许多好处:可以为结构设计提供指导使其避免共振,或者可以使结构以特定的频率振动~([5])。对可伸缩机翼进行模态分析,可以获得可伸缩机翼在各阶频率下的模态,获得振动频率与应变之间的关系。本文采用ANSYS Workbench对可伸缩     

飞机液压管道初始装配应力仿真

以实际的飞机液压管道为研究对象,使用软件ANSYS对管道进行初始安装应力仿真。将管道的安装应力分为安装应力很大、中等和较小的情况进行讨论。当管道的安装应力很大时,管道产生塑性变形,局部弹性模量发生变化;当管道的安装应力中等时,管道处于弹性变形范围内,管道产生很微小的变形;当管道的安装应力较小时,管形和弹性模量均不变化。通过模态分析得出,当管道安装应力很大和安装应力中等的情况下,管道的各阶固有频率发生不同程度的变化,当安装应力很小时,管道的固有频率不发生变化。这一结论可以为构建管道安装应力监测系统提供理论依据。     

基于有限元的发动机喷管模态分析

某型发动机喷管在装机飞行时出现的小裂纹可能会引发严重的飞行事故。为了避免飞行事故的发生,基于有限元仿真技术,针对该型发动机喷管结构,建立计算模型。并对某喷管整体结构进行了自由振动和模态分析,获得了该喷管模型的多阶自振频率和模态。结果表明：分析值与实测值吻合较好。其中,在20阶振动频率之前,共振造成的破坏主要集中于前转接段,20阶以后,共振造成的破坏转移到喷管的端口位置。所得结果对于结构改进和避免事故的发生具有一定的参考价值和指导意义。     

超声研磨工具的有限元优化设计

给出了超声研磨工具的结构,在无法用解析法确定工具结构参数的情况下,采用大型有限元软件ANSYS仿真其实际工况,对不同结构参数的工具进行模态分析,找到其纵振频率与工作频率接近的一组参数作为有限元优化设计的初始设计序列,进行优化设计得到最优解。     

整体叶盘结构强度减振一体化设计方法

基于软件ANSYS,建立了整体叶盘参数化模型.结合轮盘强度设计应力标准,借助ANSYS优化模块,获得了满足强度要求的最轻整体叶盘模型.分析了整体叶盘的振动特性,研究了轮盘和叶型参数调整对整体叶盘固有频率的影响.在此基础上,研究了通过改变缘板厚度、罩量及叶型厚度等参数使整体叶盘避开低阶激振的结构设计方法.研究结果表明:对于鼓筒约束的整体叶盘,轮盘参数调整可提高整体叶盘低阶耦合振动频率与4E激振频率在最大转速的裕度为2.2%,而叶型参数调整对此裕度的影响可达8%.最终获得的整体叶盘模型在1阶振动避开5E以下激振,并与4E激振频率在最大转速的裕度达10.8%的基础上达到质量最轻,因避频质量增加4.77%,说明整体叶盘结构强度减振一体化设计方法是可行的.      

机匣横向安装边螺栓联接结构应力分析

航空发动机机匣多采用安装边螺栓联接结构。为了准确模拟安装边螺栓联接结构对航空发动机机匣的影响,本文利用ANSYS Workbench有限元软件对安装边螺栓联接结构进行仿真计算,应用有限元软件中的预紧力施加模块模拟螺栓的预紧力。通过选择一组不同预紧力大小进行计算,得到预紧力与安装边螺栓联接结构处等效应力及应力强度的关系曲线;通过有限元计算,获得安装边厚度、安装边高度及螺栓位置对安装边螺栓联接结构应力的影响规律,为机匣螺栓联接结构设计提供了参考依据。     

航空电子设备安装支架的刚度与频率优化设计

航空电子设备用于飞行中的数据采集,通常使用安装支架固定于机头雷达罩,研究安装支架的刚度和一阶频率性能,避免设备支架在飞行过程中出现塑性变形和共振现象,对提高飞行稳定性具有重要的工程意义。在惯性载荷下对安装支架进行静强度和模态分析,采用一种灵敏度分析方法确定安装支架的设计变量,以结构总质量最小为优化目标,在保证安装支架的刚度和一阶模态性能的前提下对支架各个构件的厚度进行优化设计,并对优化后的安装支架结构进行振动试验。结果表明：优化后的安装支架结构刚度基本保持不变,一阶频率提高了18.09%,质量减少了19.33%,改进设计满足设备安装要求。     

叉剪式液压平台车结构模态有限元分析

运用ANSYS软件对叉剪式液压平台车进行结构模态有限元分析,计算得出平台车的前5阶模态频率及相应的主振型,为设计和使用提供理论依据。     

飞机管道颗粒碰撞阻尼器设计与试验验证

飞机管道振动超标是严重威胁飞机飞行安全的重要故障,降低飞机管道振动水平,对于提高飞机可靠性和安全性具有重要意义。针对难于施加管道卡箍约束的飞机管道结构的减振问题,设计了一种基于颗粒碰撞阻尼技术的管道减振器。该减振器通过特定的结构设计,在不影响现有管道结构的基础上,很方便地安装到管道上进行减振。其减振原理是基于减振器内部的颗粒碰撞而导致的能量耗散,从而提高管道结构的阻尼效应。因此,将此颗粒碰撞阻尼器安装在振动管道上,在管道发生共振的情况下,管道振动峰值将明显降低。本文基于所设计的管道减振器,利用振动台试验研究了颗粒填充率对减振效果的影响,发现改变阻尼器内部颗粒的填充率,管道的振动随颗粒填充率的增加有先减小后增大的趋势,同时利用EDEM颗粒流仿真软件计算了减振器振动过程中颗粒的能量耗散情况,发现颗粒能量耗散速率最大时所对应的颗粒填充率与试验过程中管道振动加速度降到最低时所对应的颗粒填充率达到了一致,仿真结果与试验结果取得了很好的一致性。最后,将所设计的颗粒阻尼减振器安装在液压动力源管道上进行实际减振试验,测试了在安装减振器前后,试验管道在X、Y、Z三个方向的振动加速度,经过对比分析,发现安装颗粒阻尼减振器后,液压管道的压力脉动频率下的振动水平得到了明显抑制,试验结果充分表明了本文所设计的飞机管道颗粒减振器的有效性和实用性。     

基于铺覆模拟的复合材料螺旋桨叶片分区域铺层优化北大核心CSCD

为了提高复合材料螺旋桨叶片的结构刚度,分区域优化设计了叶片复合材料结构的铺层角度。根据螺旋桨叶片的厚度和载荷条件,将其划分为4个区域。铺层优化以0°、45°、90°及-45°四个方向的铺覆在各个区域的模拟结果为基础。与初始的铺层方案[0/45/0/-45]sn相比,优化后叶片的铺层方案能使铺层的主方向接近叶片各截面中心点的连线。优化后螺旋桨叶片的1阶和3阶频率提高超过了25%,2阶频率提高超过了5%;表面均布载荷下叶片变形减小了50%,热载荷下叶片变形减小了约25%;优化达到了提高叶片结构刚度的预期效果。分区域优化的方法既利用了复合材料的可设计性又提高了优化效率,适用于复杂复合材料结构的铺层优化。     

某型航空发动机双转子系统动态特性分析

为了更好地了解和掌握航空发动机固有的振动特性,运用三维建模软件Catia对某型航空发动机双转子系统进行三维实体建模,并将其导入到ANSYS Workbench中对该模型进行模态分析。提取了前6阶固有频率和振型,并对仿真结果进行了分析。研究可为该型航空发动机的优化运行及其双转子结构优化设计提供参考和依据。     

基于重力梯度测量系统的组件结构模态分析

重力梯度测量系统设计过程中,对重力梯度旋转平台中仪表的位置特性有严格要求。按照传统的设计流程,等到结构件设计、安装完毕再进行振动试验能充分反映结构的真实位移,但是会消耗大量的时间及人力成本,效率较低。对此,本文采用数值模态分析方法在实际生产之前对整体结构进行了较为详尽的有限元分析,计算出了前十阶模态频率和振型,并且检验了结构设计中的刚度问题。对样机结构进行修改,从而保证了一阶主频率达到539.74 Hz,从而满足了航空搭载的环境要求。对整体结构的模态分析为重力梯度旋转平台工程样机的研制奠定了基础。     

航空发动机主轴承安装座变形失效问题

针对航空发动机主轴承安装座结构的变形失效问题,综合考虑构件的材料性质、结构特点、工作状态及加工过程,研究其变形失效原因及变形控制措施。提出利用有限元分析软件ANSYS进行轴承座强度、刚度校核的方法,根据不同加工阶段的特点控制轴承座加工过程中的残余内应力的措施,以及正确借助高精度、高效率的三坐标测量机进行轴承座尺寸及形位检测的方法,为控制航空发动机主轴承安装座的变形问题提供理论指导。     

分布式旋翼飞行器耦合动特性参数影响研究

为探索不同参数对分布式旋翼飞行器动特性的影响机制，采用Hamilton原理和中等变形梁理论推导了分布式旋翼/短舱/机翼耦合结构动力学方程，建立了适用于耦合动特性分析的求解方法，计算了旋翼/短舱/机翼耦合模态，结果对比误差小于5%，表明本文建立的计算方法是准确有效的。在此基础上研究了旋翼线密度、短舱高度、旋翼转速、安装位置参数对耦合动特性的影响，得出一些结论规律：分布式旋翼飞行器的短舱长度增加时，机翼模态将整体减小；旋翼、机翼模态频率同时受到旋翼线密度的影响；分布式旋翼安装位置向翼尖移动时，机翼扭转频率明显变小。本文结论可为分布式旋翼飞行器设计提供参考。     

基于Workbench的机轮轮毂静力强度分析方法探究

本文运用ANSYS Workbench建立了机轮轮毂、轮胎、轴的一体化模型,将载荷直接作用于轴以及轮胎上,对机轮轮毂的静强度应力分布和变形分布进行了分析。结果显示:本模型克服了已有模型所产生的胎圈座部位的应力集中问题,与试验结果相比,径向载荷产生的变形误差由之前的18.0%下降为10.5%,径侧向载荷产生的变形误差由之前的7.7%下降到3.3%。对于轮毂的强度校核以及结构优化具有实际参考价值。     

太阳辐射对航空发动机露天试车台热变形的影响

航空发动机露天试车台暴露于室外大气环境中，太阳辐射将导致其结构热变形，直接影响测试精度。首先使用ASHRAE模型对ANSYS Workbench中Solar Calculator功能模块的辐射计算结果进行验证，确定了模块计算的准确性；然后基于Solar Calculator功能模块对露天试车台结构温度场进行计算分析，探究了太阳辐射对露天试车台结构热变形的影响。结果表明，利用Solar Calculator功能模块计算太阳辐射强度最大误差为5.20%，露天试车台因温度变化导致在x、y、z方向上分别伸长0.033%、0.107%和0.020%。还对基于有限元结构建模与利用线膨胀系数估算的结构变形进行了计算，两种算法的平均误差在6.52%以内，验证了有限元模型用于热变形计算的合理性。     

精密同轴回转式测量机构模态分析及优化

在完成对某同轴回转式测量系统中回转装置的初期设计基础上,对其中回转装置进行模态分析,结果显示回转装置第一阶模态频率偏低,为避免其与检测现场激振频率发生共振,并提高检测精度,提出采用 Workbench 中灵敏度分析的方法,对回转装置结构进行优化,得到了回转装置的最佳设计方案。研究结果对提高系统精度,防止共振的发生等方面具有重要意义,为进一步的设计改进工作提供很好的理论支持。     

基于整体叶盘环形摩擦阻尼器减振分析及设计

为抑制叶片-盘耦合振动,设计了一种适应整体叶盘结构的环形摩擦阻尼器。拓展了1阶谐波平衡法和整体-局部统一滑动模型在带环形摩擦阻尼器的循环对称结构叶盘减振分析中的应用。使用该方法对实际发动机叶盘在简谐激励下的振动响应进行了仿真计算,结果表明:环形摩擦阻尼器对于某发动机叶盘的0节径4阶危险模态振动有明显抑制作用,且减振效果与阻尼器的质量、安装位置有关,在选定的安装位置最高可使振幅降低75%。在阻尼器结构确定的情况下,利用仿真结果给出了最优的设计方案,包括阻尼器的质量和安装设计。     

纤维增强整体叶环/盘强度问题分析

为了尽可能全面剖析纤维增强整体叶环(简称叶环)的优点和结构强度问题,明确纤维增强叶环转子强度优化问题及加工制造要求,利用ANSYS有限元软件,在分析典型纤维增强叶环和特殊纤维增强整体叶盘(简称叶盘)结构的受力特性基础上,结合前期对纤维增强叶环/盘特性的认识了解,提出了纤维增强叶环/盘结构在设计使用中出现的减质、寿命、刚度和热变形不协调等结构强度问题,并分析了这些问题产生的机理,可供纤维增强转子结构设计、加工、试验和检查时参考。     

微小尺度多循环爆震实验研究

为了探索爆震燃烧应用于微型推进器的可行性,进行了微小尺度多循环爆震实验的研究。实验管道采用截面为6mm×6mm,长度为500mm的方型爆震室,氧化剂和燃料分别为40%的富氧空气和乙烯,工作频率范围为1~30Hz。实验中采用高速摄影仪拍摄反应波的传播过程,用压力传感器测量反应波的压力变化。结果表明,工作频率在1~20Hz内时可以成功实现多循环爆震,爆震波离开爆震室的速度约为2500m/s,频率越高,缓燃向爆震转变(Deflagration to Detonation Transition,简称DDT)的距离越长;工作频率为10Hz和20Hz时,同一频率下,不同爆震循环的DDT开始位置不同,并且DDT距离也存在差异;工作频率为25Hz和30Hz时,由于混合气填充量的减小,不能形成爆震。