衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院 周建鋒 張新星
基于ANSYS的大型全回轉(zhuǎn)架梁起重機結(jié)構(gòu)模態(tài)分析
衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院 周建鋒 張新星
利用模態(tài)分析確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和相應(yīng)振型,為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù),避免在動力載荷作用下發(fā)生共振現(xiàn)象,提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動性能。本文通過與類似起重機的模態(tài)分析數(shù)據(jù)進行比較,前十階模態(tài)的振型中很大比例是在水平面內(nèi)彎振,結(jié)果與實際情況一致。
ANSYS;全回轉(zhuǎn)架梁;模態(tài)分析
對于大型機械的結(jié)構(gòu)而言,利用實驗?zāi)B(tài)分析法(EMA)求解固有特性需要進行大量試驗,時間與成本太高。但是,在有實驗條件的情況下,計算模態(tài)分析可以在機械制后執(zhí)行。本文基于ANSYS對全回轉(zhuǎn)架梁起重機有限元模型進行計算模態(tài)分析,了解到在機械設(shè)計時避開外激振力的頻率,可以避免發(fā)生共振,從而減小振動幅值。將計算和實驗?zāi)B(tài)分析相結(jié)合,會取得更好的實驗結(jié)果。
根據(jù)各節(jié)點處的位移協(xié)調(diào)條件和平衡條件,建立剛度方程:
矩陣[K]和矩陣[M]都為n階方陣,n是自由度數(shù)目,ω 是固有頻率,根據(jù)式(6)確定各節(jié)點振幅 {X0},即結(jié)構(gòu)的振型。
將四個滑靴底部對應(yīng)節(jié)點與位移固定,釋放這些節(jié)點ROTx,ROTy,ROTz方向自由度。人字架底部與轉(zhuǎn)臺上部、臂架底部與轉(zhuǎn)臺前部之間均可相對轉(zhuǎn)動,故釋放該絞點處的ROTz自由度。
本文在求解模態(tài)過程中發(fā)現(xiàn),影響機構(gòu)性能的頻率集中在前幾階。因此,選取前10階有效的固有頻率分析,分析結(jié)果見表1所示。
表1 前10階模態(tài)分析數(shù)據(jù)
表1數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)外部激擾的頻率接近表中數(shù)值且其振動方向與對應(yīng)振型吻合時,可能會產(chǎn)生較大振幅及變形,并且機械結(jié)構(gòu)容易受到破壞。
由于條件所限,本模態(tài)分析沒有經(jīng)過試驗驗證,但是通過與類似起重機的模態(tài)分析數(shù)據(jù)進行比較,通過改變結(jié)構(gòu)的尺寸進行結(jié)構(gòu)動力學(xué)優(yōu)化來改變整機在該振型上的頻率范圍從而降低振幅,也要在設(shè)計時仍按激勵頻率避開結(jié)構(gòu)固有頻率理念來防止發(fā)生共振。本次模態(tài)分析的結(jié)果基本符合實際振動情況。
周建峰,1977年9月出生,男,漢族,浙江龍游人,工程師,主要從事CAD/CAM、農(nóng)業(yè)機械、光機電一體化技術(shù)研究?;痦椖浚横橹菔锌萍加媱濏椖?2013Y017)資助。