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模态分析与有限元分析的探讨

发布于:2017-10-29 20:51
有限元分析

      大拉杆是组合臂架型门座起重机实现变幅的重要部件,属于细长结构件,容易发生振动,所以进行模态分析是有必要的。本研究分别进行了数学计算、有限元AppANSYS与ADINA模态分析,旨在说明计算该类杆件模态的一些方法,通过对比有限元分析结果,对这两款不同有限元分析App的计算特点进行总结,并讨论了网格密度对计算精度的影响。
      大拉杆振动模型的质量、阻尼和弹簧都是连续分布的,属于连续系统(也称分布参数体系),利用数学方法对其进行振型和频率的计算时,所得的控制方程为偏微分方程,虽然求解较难,但能得到精确的解。研究的大拉杆为某企业设计的样品,其参数如下:长度22000 mm,宽度400 mm,高度560 mm。
      大拉杆上端与象鼻梁尾部铰接,下端与人字架顶部铰接,其内部加强筋主要影响其扭转变形,为便于分析,可将大拉杆简化为两端铰接的等截而梁,建立模型图见图。弯曲振动时会发生上下、左右振动,有限元分析方法是进行物体静态或动态分析时常用的现代分析手段。首先,分别在ANSYS与ADINA有限元App中建立等截而梁的有限元模型,仅释放两端节点沿轴向转动的自由度,并设置相同的梁截而参数,以定义等分数目方式划分网格,依据经验,将网格密度分为5组不同情况进行研究,分别为500,1000,5000,10000,20000,分别进行计算后获得分析结果,由振动理论常识可知,在结构的振动过程中起主要作用的是低阶模态,故对每个方向的振动只取模态前4阶进行对比分析研究。
      在ANSYSApp的Preprocessor模块建立5组分析模型,并根据密度分组划分不同的网格密度,在Solution模块中选用Block Lanczo、法计算处理.在Ueneral Postroc模块查看结果。
      同一阶次不同网格密度下得到的大拉杆自振频率基本一致.在Ueneral Postroc模块分析同一阶次不同网格密度下的振型,发现同阶次的振型是满足相同函数关系的,因篇幅有限,仅以网格密度为5 000时的振型为例说明,各阶次的振动形状和方向见图。
      在ADINAApp的Structure、模块分别建立五组分析模型,同样根据密度分组划分不同的网格密度,运行求解器,选择Lanczos iteration算法计算处理后获得计算结果,在Post-Processing模块查看分析结果。
      同一阶次下不同网格密度得到的大拉杆自振频率有一部分变化较大,再对比分析同一阶次下的振型,同阶次的振型满足相同的函数关系,同样以网格密度为5000时的振型为例,其形状和振动方向见图。
      该大拉杆的长度与截而高度之比约为39,大于10,满足“简单梁的理论”,即梁中任一单元的转动动能与横向位移动动能比较起来,可以忽略;梁的剪切变形势能与弯曲变形势能比较起来,可以忽略。因主要研究大拉杆的无阻尼自由振动,故只需建立弯曲梁自由振动的偏微分方程,若记梁长为Z,取振动的t时刻距离为二处一梁单元并记为t。



                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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