项目介绍

该项目通过对比矩形截面悬臂梁与工字型截面悬臂梁在不同材料下的前六阶模态特性，分析截面形状和材料属性对结构固有频率及振型的影响。该实验属于结构动力学与材料性能研究的交叉范畴，旨在为工程轻量化设计、抗振优化提供理论依据。通过仿真计算获取模态频率、振型等关键参数，验证“以形代材”策略的有效性。

本项目基于SOLIDWORKS和ANSYS Workbench两大软件平台完成。其中，利用SOLIDWORKS进行矩形梁与工字梁的三维建模，通过ANSYS Workbench实现材料属性赋予、网格划分、边界条件设置及模态计算。

应用领域

①航空航天领域

结构设计与优化：通过结构动力学分析，设计出满足强度、刚度和稳定性要求的飞机机身、机翼等结构，同时考虑材料的轻质高强特性，以减轻飞行器重量，提高燃油效率和航程。
振动与噪声控制：研究飞行器在飞行过程中的振动特性，通过材料的阻尼特性和结构的优化设计，降低振动和噪声水平，提高乘坐舒适性和设备可靠性。如在发动机舱采用阻尼材料和隔振结构，减少振动传递和噪声辐射。
疲劳与寿命预测：考虑飞行器结构在循环载荷下的疲劳问题，结合材料的疲劳性能研究，准确预测结构的使用寿命，制定合理的维护和检修计划。
②汽车工业领域

车辆动力学性能优化：运用结构动力学原理优化汽车底盘、车身等结构，提高车辆的操控稳定性、行驶平顺性和乘坐舒适性。
碰撞安全研究：利用结构动力学模拟汽车碰撞过程，研究车身结构的变形模式和能量吸收特性，开发高强度、高韧性的材料，提高车辆的碰撞安全性。
发动机与传动系统设计：研究发动机和传动系统的振动特性，优化结构设计和材料选择，提高系统的可靠性和耐久性。
③机械工程领域

机械结构设计与分析：对各类机械设备的结构进行动力学分析和优化，确保其在工作过程中的稳定性和可靠性。
转子动力学研究：针对旋转机械中的转子系统，研究其振动特性和稳定性，防止转子发生共振和失稳现象。例如，在汽轮机、电机等设备中，通过优化转子的结构和材料，提高其运行安全性和效率。
疲劳与断裂分析：考虑机械零件在循环载荷下的疲劳和断裂问题，结合材料的力学性能研究，进行疲劳寿命预测和断裂控制。例如，对起重机的吊臂、齿轮等关键零件进行疲劳分析，确保设备的安全运行。

计算方法

①模型建立

建立矩形梁模型和工字梁模型，进行模型导入与处理

②材料属性赋予

进行材料参数定义和材料指派

③网格划分与边界条件设置

④求解与结果分析