吳成建

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍也隨之廣闊了起來(lái)，并且迅速的在包括鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用。焊接的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，它的剛度大的特性使得鋼框架結(jié)構(gòu)更加安全。但是焊接也是有一定缺陷的，在動(dòng)力載荷的作用下焊接的缺陷會(huì)更加明顯，在一定情況下，焊接的節(jié)點(diǎn)也會(huì)由于動(dòng)力載荷而遭到大幅度的破壞。本文基于ANSYS軟件特點(diǎn)，建立合理的分析過(guò)程及分析方法。

關(guān)鍵詞：焊接缺陷；鋼框架；ANSYS模擬分析

眾所周知，焊接構(gòu)件的時(shí)限性由焊接質(zhì)量決定。要確保焊接具有質(zhì)量保證，就要在焊接工作進(jìn)行的時(shí)候把一切可能出現(xiàn)的隱患消滅或者避免掉。對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而言，監(jiān)測(cè)焊接缺陷主要是依賴(lài)技術(shù)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，由于沒(méi)有建成相應(yīng)的體系，主觀因素比較多。焊接缺陷對(duì)鋼框架動(dòng)力特性的影響主要是什么，是在哪幾個(gè)階段進(jìn)行影響的，都需要模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行分析，然而，模擬實(shí)驗(yàn)又有一定的局限性，所以必須按照實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。

1 動(dòng)力分析理論

1.1 模態(tài)分析

模態(tài)分析的優(yōu)點(diǎn)主要有三點(diǎn)：（1）能夠在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中固定頻率，避免共振；（2）讓工程師了解動(dòng)力載荷，明晰其響應(yīng)原則；（3）對(duì)其它動(dòng)力分析有幫助，輔助估算控制參數(shù)。但是，振動(dòng)這個(gè)特性在一定情況下起著決定性的作用，比如能夠決定許多動(dòng)力載荷是否得到響應(yīng)。所以，模態(tài)分析是其它動(dòng)力分析進(jìn)行的前提和基礎(chǔ)。

1.2 模態(tài)提取方式

ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和耦合場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開(kāi)發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/E，NASTRAN， I-DEAS， AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAD工具之一。目前在ANSYS中的提取方式主要有六種：“Block Lanczos”，“子空間”法?！癙ower Dynamics”法；“縮減”法；“不對(duì)稱(chēng)”法，“阻尼”法，根據(jù)模型的大小來(lái)確定模態(tài)要用什么樣的方法進(jìn)行提取，這六種方法都有其各自的特點(diǎn)。

2 ANSYS分析概述

ANSYS軟件是一種有限元分析軟件，主要是將結(jié)構(gòu)、流體和電場(chǎng)還有磁場(chǎng)和聲場(chǎng)分析等融合在一起的一種大型的軟件。這款軟件涵蓋了三個(gè)部分，前期的處理，這塊模塊的功能比較強(qiáng)大，可以根據(jù)需要按照客戶需要構(gòu)建有限元這個(gè)模塊，非常靈敏，優(yōu)化分析能力也比較強(qiáng)。中期的分析計(jì)算和最后階段的處理，最后的處理這一模塊是用來(lái)顯示彩色等值線的，可以根據(jù)已經(jīng)計(jì)算的結(jié)果來(lái)進(jìn)行顯示，計(jì)算結(jié)果的顯示形式是多樣的。我們現(xiàn)在所介紹的模塊的實(shí)體建模方法只有兩種，一種是從上往下的方式，一種是從下往上的方式。從上往下的實(shí)體建模是給用戶提供模型的最高級(jí)圖元，把球等叫做基元，程序通過(guò)基元自動(dòng)定義出面、線、和關(guān)鍵的地方。這些高級(jí)圖元是用來(lái)給用戶提供直接的幾何模型的，布爾運(yùn)算就是把這些數(shù)據(jù)集組合起來(lái)的有效方法，用這個(gè)方法雕塑出一個(gè)有效模型。

3 焊接缺陷對(duì)動(dòng)力特性影響的模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

模態(tài)分析的試驗(yàn)過(guò)程主要有兩步，第一步是要測(cè)算出模態(tài)響應(yīng)函數(shù)，這個(gè)過(guò)程是需要通過(guò)模態(tài)試驗(yàn)來(lái)獲得的。第二步是把頻率和函數(shù)進(jìn)行響應(yīng)，通過(guò)曲線擬合大方法來(lái)得到模態(tài)參數(shù)，頻響函數(shù)也要通過(guò)激勵(lì)和響應(yīng)的。用函數(shù)曲線來(lái)體現(xiàn)事件震動(dòng)特性，要準(zhǔn)確的反映，是要通過(guò)模態(tài)試驗(yàn)來(lái)完成的，這種試驗(yàn)方法可以把所有顯示的函數(shù)曲線擬合起來(lái)，進(jìn)而將固有頻率確定，還能夠確定模態(tài)參數(shù)?？傮w上來(lái)看，產(chǎn)生共振的頻率是比較穩(wěn)定的，不同的地方就體現(xiàn)在輸入激勵(lì)的部分，要得出準(zhǔn)確的模態(tài)結(jié)果，就要通過(guò)平均和疊加的方式處理頻響函數(shù)。在分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的時(shí)候，要把前八個(gè)階的固有頻率通過(guò)動(dòng)力特性來(lái)完整地研究，后面幾階可以不用特別考慮。把每一個(gè)對(duì)象的前面八個(gè)階的固有頻率的數(shù)值測(cè)量出來(lái)，再求出每一個(gè)個(gè)體分別體現(xiàn)的平均值，并將進(jìn)行完全焊接的各個(gè)階段的平均值做出比較，有必要的話可以直接繪圖。通過(guò)模態(tài)試驗(yàn)的每個(gè)階段來(lái)看，前三個(gè)階段是焊接缺陷對(duì)鋼構(gòu)架頻率影響不太大的階段，第四以及以后的階段，按照焊接率的不同，構(gòu)件固有的頻率也會(huì)發(fā)生比較明顯的變化，得出的結(jié)果就是焊接率越大，構(gòu)件的固有頻率也會(huì)變大。在真正的工程中，對(duì)前兩個(gè)階段的要求比較高，考慮的情況也比較多，對(duì)后面幾階的頻率考慮不多，或者在一定情況下根本不會(huì)進(jìn)行考慮。因此，在焊接缺陷對(duì)前兩個(gè)階的影響非常小，所以可以用連續(xù)焊縫處理的方式計(jì)算固有頻率。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)模擬分析，用函數(shù)曲線來(lái)體現(xiàn)事件震動(dòng)特性，要準(zhǔn)確的反映，就要通過(guò)模態(tài)試驗(yàn)來(lái)完成，這種試驗(yàn)方法可以把所有顯示的函數(shù)曲線擬合起來(lái)，進(jìn)而將固有頻率確定，還能夠確定模態(tài)參數(shù)。通過(guò)理論分析方法，收集大量的數(shù)據(jù)與檢測(cè)結(jié)果。通過(guò)數(shù)值分析的方法得出，焊接缺陷對(duì)鋼框架動(dòng)力的影響主要是在模擬的后期的八個(gè)階段，對(duì)前兩個(gè)階段的影響比較小的這一結(jié)論。

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