衢州職業(yè)技術學院機電工程學院 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)技術學院機電工程學院 周建鋒 張新星

利用模態(tài)分析確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和相應振型，為結(jié)構(gòu)設計提供依據(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

1 引言

對于大型機械的結(jié)構(gòu)而言，利用實驗模態(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。將計算和實驗模態(tài)分析相結(jié)合，會取得更好的實驗結(jié)果。

2 模態(tài)分析理論

2.1 振動基本方程的建立

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：

2.2 固有頻率和振型分析

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。

2.3 約束處理

將四個滑靴底部對應節(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。

3 模態(tài)分析計算

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，當外部激擾的頻率接近表中數(shù)值且其振動方向與對應振型吻合時，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。

4 結(jié)論

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、光機電一體化技術研究?；痦椖浚横橹菔锌萍加媱濏椖?2013Y017)資助。