Ansys 案例研究 | 吉他弦调弦前后的频率分析 原创

概述：

本案例模拟吉他弦的调弦过程，演示施加预应力如何影响弦的模态频率。

目标：

将模态分析的应用与日常 / 工程问题相关联，并展示仿真如何让这一过程变得简单直观。

步骤：

调弦过程仿真（为琴弦施加预应力）

1、打开 ANSYS Workbench，创建一个「Static Structural（结构静力分析）」系统

2、定义琴弦的材料属性，本案例采用铝合金

3、导入吉他几何模型（如图 1 所示），打开 Workbench 并为几何分配材料。除琴弦外，将其余所有部件设为刚性，以简化问题。

图 1  吉他几何结构

4、定义吉他各部件之间的约束关系。

除琴弦外，其余部件的约束并非本次仿真的必需项，但可作为铰接连接的优质练习（而且效果看起来很酷）。这些约束的示意图如图 2 所示。

图 2 琴弦与吉他琴体间的约束设置

5、为琴弦的一端施加边界条件以实现张拉

通过铰接载荷（位移）完成该操作：使琴颈上的小滑块沿琴颈滑动（如图 3 所示）。吉他其余部件无需额外固定，因为它们已通过铰接完成约束并固定于地面。

图 3 边界条件设置

6、对模型划分网格并运行仿真

绘制位移云图，即可观察到琴弦发生拉伸变形（如图 4 所示）。

图 4 吉他琴弦的位移云图

琴弦的模态分析

7、创建两个模态分析仿真算例：一个基于结构静力仿真的模型设置，另一个基于结构静力仿真的计算结果。后者将包含由静力仿真计算得到的预应力。

8、运行仿真。本步骤无需额外施加边界条件。

9、对比结果。可得到琴弦的固有频率结果，能够观察到：调弦（施加预应力）后，模态频率显著提高（如图 5 所示）。这意味着拉紧琴弦会使声音的音高升高。

                        无预应力时的固有频率                      有预应力时的固有频率

图 5 有无预应力工况下琴弦频率对比

总结：

本案例演示了如何通过仿真分析受预应力吉他弦的固有频率。从模拟实验中可以学到的是：

1、提高吉他弦的应力会提升其固有频率，从而使声音的音高升高。

2、在 ANSYS 中完成预应力加载后，进行模态分析的完整工作流程。

3、在 ANSYS 中如何使用铰接连接，对不同部件进行约束装配。

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