基于ANSYS的大型車轉(zhuǎn)臺(tái)的模態(tài)分析

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1、第9卷第15期2009年8月科學(xué)技術(shù)與工程Vo1．9No．15Aug．20091671—1819(2009)15—4304—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2009Sci．Tech．Engng．一般工程技術(shù)基于ANSYS的大型車轉(zhuǎn)臺(tái)的模態(tài)分析賀瑗鄭海霞劉洪芹(蘭州理工大學(xué)數(shù)字制造技術(shù)與應(yīng)用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，機(jī)電工程學(xué)院，蘭州730050)摘要針對(duì)舞臺(tái)機(jī)械中大型車轉(zhuǎn)臺(tái)在動(dòng)載工況時(shí)可能出現(xiàn)振動(dòng)劇烈、X-作可靠性降低的特點(diǎn)，利用ANSYS軟件建立大型車轉(zhuǎn)臺(tái)的有限元模型，對(duì)車轉(zhuǎn)臺(tái)的鋼架結(jié)

2、構(gòu)進(jìn)行了有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析，得出車轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的固有頻率和各階振型，找到結(jié)構(gòu)中的危險(xiǎn)區(qū)域，為車轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。關(guān)鍵詞舞臺(tái)機(jī)械車轉(zhuǎn)臺(tái)ANSYS模態(tài)分析中圖法分類號(hào)TB115；文獻(xiàn)標(biāo)志碼A車轉(zhuǎn)臺(tái)是一種廣泛應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)品字形舞臺(tái)的大型舞臺(tái)臺(tái)面機(jī)械設(shè)備，在大規(guī)模的、舞臺(tái)下部機(jī)械比較齊全的“品”字形舞臺(tái)中，主舞臺(tái)區(qū)設(shè)有升降臺(tái)群，可上升到不同高度參與表演，兩側(cè)的側(cè)臺(tái)區(qū)內(nèi)裝有車臺(tái)，可以開到主舞臺(tái)上換景，車轉(zhuǎn)臺(tái)一般安裝在劇場的后舞臺(tái)中央，在進(jìn)行表演時(shí)，先將安裝在主舞臺(tái)上的升降臺(tái)群下降一個(gè)車轉(zhuǎn)臺(tái)的高度，后將車轉(zhuǎn)臺(tái)向前水平移動(dòng)到主舞

3、臺(tái)中區(qū)或前區(qū)，為演出遷換布景和道具，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模演員、演出設(shè)備和場景的瞬間切換，實(shí)現(xiàn)特殊的表演效果。車轉(zhuǎn)臺(tái)由車臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)兩部分組成，將薄形轉(zhuǎn)臺(tái)裝在車臺(tái)上，可以隨車臺(tái)一起行走，工作中要滿足轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)和車臺(tái)平移功能的組合。和其它舞臺(tái)臺(tái)面設(shè)備相比，車轉(zhuǎn)臺(tái)體積大，占地廣，重量重。臺(tái)面規(guī)格一般為車臺(tái)1818m，轉(zhuǎn)臺(tái)16m；承載能力為靜載4000N／m，，動(dòng)載2000N／m，水平行程20ITI，自身重量可達(dá)100噸左右。結(jié)構(gòu)如圖1所示。1一車臺(tái)部件，2一轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面部件，3～轉(zhuǎn)臺(tái)承重輪，4一中心軸，車轉(zhuǎn)臺(tái)車體結(jié)構(gòu)支撐跨度大，運(yùn)行行程長，運(yùn)行5一

4、內(nèi)圈承重輪導(dǎo)軌，6一中圈承重輪導(dǎo)軌，7一轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)，速度快，特別在動(dòng)載工況下，同時(shí)滿足轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)和車8一外圈承重輪導(dǎo)軌，9一車臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)臺(tái)平移組合功能時(shí)，引起的振動(dòng)較劇烈，嚴(yán)重影響設(shè)圖1車轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖備工作的可靠性。為研究動(dòng)載工況時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，基2009年4月20日收到于ANSYS建立車轉(zhuǎn)臺(tái)的有限元模型并進(jìn)行模態(tài)分第一作者簡介：賀瑗(1979～)，女，蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教師，碩士研究生，研究方向：機(jī)械制造及自動(dòng)化。析，為車轉(zhuǎn)臺(tái)架體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化提供依據(jù)。l5期賀瑗，等：基于ANSYS的大型車轉(zhuǎn)臺(tái)的模態(tài)分析4305壓、

5、彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度的空間梁單元Beam4，用命令1構(gòu)建結(jié)構(gòu)的有限元模型“ET，1，BEAM4”定義單元的類型。所建立的車轉(zhuǎn)臺(tái)的有限元模型如圖2所示。1．1有限元模型的確立方案幾何模型不但直接影響到有限元模型，而且它還取決于有限元模型?。大型車轉(zhuǎn)臺(tái)具有一個(gè)直徑很大的薄形轉(zhuǎn)臺(tái)和一個(gè)長寬都很大的自行式車臺(tái)，設(shè)計(jì)車轉(zhuǎn)臺(tái)架體結(jié)構(gòu)時(shí)，為了盡量減輕車體重量，架體結(jié)構(gòu)采用桁架梁結(jié)構(gòu)，由許多空心桿件焊接而成。轉(zhuǎn)臺(tái)由許多橫向聯(lián)接梁和加強(qiáng)管構(gòu)成，聯(lián)接梁主要承擔(dān)豎向載荷，加強(qiáng)管則主要配合聯(lián)接梁受力，它還在轉(zhuǎn)臺(tái)承受扭轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)揮作用。車臺(tái)在橫向由許多標(biāo)準(zhǔn)節(jié)

6、組成，它由橫向和縱向的聯(lián)接梁、豎向的立柱以及斜向的拉筋構(gòu)成，聯(lián)接梁和立柱主圖2車轉(zhuǎn)臺(tái)有限元模型要承擔(dān)外加載荷，斜拉筋則主要配合它們受力。剛架上的桿件型材選用冷彎方形空心型鋼；材料選用2車轉(zhuǎn)臺(tái)的模態(tài)分析碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235A，許用00應(yīng)一力√[一o。r]。：一01601_-MPla__，ll。材料一密度P=7．8×10kg／In，彈性模量E：206．9GPa，2．1模態(tài)提取方法泊松比=0．3。由此，確立車載轉(zhuǎn)臺(tái)有限元模型為模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性(固有頻率桿件系統(tǒng)模型。。一，一¨l+一瘴．．_l0一¨l_t一I1，，．．

7、t和振型)I31。固有頻率和振型是車轉(zhuǎn)臺(tái)承受動(dòng)載荷1．2有限元模型的建立方法和過程時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。模態(tài)提取的過程也就是運(yùn)用ANSYS軟件創(chuàng)建有限元模型在實(shí)際操作用于描述特征值和特征向量的計(jì)算。典型的無阻尼中可分為以下幾種：直接法建模；實(shí)體建模；在其它模態(tài)分析求解的基本方程是經(jīng)典的特征值問題j：軟件中生成實(shí)體模型然后通過數(shù)據(jù)接口讀人AN．SYS中，經(jīng)過修正后劃分有限元網(wǎng)格；在其它軟件中[]{}=[]{。}(1)創(chuàng)建有限元模型，然后將節(jié)點(diǎn)、單元的數(shù)據(jù)讀人AN．(1)式中各符號(hào)的含義如下：SYS。分析車轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，雖

8、然結(jié)構(gòu)龐大，節(jié)[]：剛度矩陣，點(diǎn)、元素?cái)?shù)目較多，但其可歸為桿系問題(空間剛架{}：第i階模態(tài)的振型向量(特征向量)，結(jié)構(gòu))一類，所以選用直接法進(jìn)行建模。：第階模態(tài)的固有頻率(∞是特征值)，車轉(zhuǎn)臺(tái)中車臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)由許多標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成，每一[M]：質(zhì)量矩陣。個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)具有相同的拓?fù)湫螤?、幾何尺寸和截面類有許多數(shù)值方法