概述：

本案例模擬吉他弦的調弦過程，演示施加預應力如何影響弦的模態頻率。

目標：

將模態分析的應用與日常 / 工程問題相關聯，并展示仿真如何讓這一過程變得簡單直觀。

步驟：

調弦過程仿真（為琴弦施加預應力）

1、打開 ANSYS Workbench，創建一個「Static Structural（結構靜力分析）」系統

2、定義琴弦的材料屬性，本案例采用鋁合金

3、導入吉他幾何模型（如圖 1 所示），打開 Workbench 并為幾何分配材料。除琴弦外，將其余所有部件設為剛性，以簡化問題。

圖 1  吉他幾何結構

4、定義吉他各部件之間的約束關系。

除琴弦外，其余部件的約束并非本次仿真的必需項，但可作為鉸接連接的優質練習（而且效果看起來很酷）。這些約束的示意圖如圖 2 所示。

圖 2 琴弦與吉他琴體間的約束設置

5、為琴弦的一端施加邊界條件以實現張拉

通過鉸接載荷（位移）完成該操作：使琴頸上的小滑塊沿琴頸滑動（如圖 3 所示）。吉他其余部件無需額外固定，因為它們已通過鉸接完成約束并固定于地面。

圖 3 邊界條件設置

6、對模型劃分網格并運行仿真

繪制位移云圖，即可觀察到琴弦發生拉伸變形（如圖 4 所示）。

圖 4 吉他琴弦的位移云圖

琴弦的模態分析

7、創建兩個模態分析仿真算例：一個基于結構靜力仿真的模型設置，另一個基于結構靜力仿真的計算結果。后者將包含由靜力仿真計算得到的預應力。

8、運行仿真。本步驟無需額外施加邊界條件。

9、對比結果。可得到琴弦的固有頻率結果，能夠觀察到：調弦（施加預應力）后，模態頻率顯著提高（如圖 5 所示）。這意味著拉緊琴弦會使聲音的音高升高。

                        無預應力時的固有頻率                      有預應力時的固有頻率

圖 5 有無預應力工況下琴弦頻率對比

總結：

本案例演示了如何通過仿真分析受預應力吉他弦的固有頻率。從模擬實驗中可以學到的是：

1、提高吉他弦的應力會提升其固有頻率，從而使聲音的音高升高。

2、在 ANSYS 中完成預應力加載后，進行模態分析的完整工作流程。

3、在 ANSYS 中如何使用鉸接連接，對不同部件進行約束裝配。

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