基于ansys的高速壓力機模態(tài)分析

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1、第24卷第1期蘇州科技學(xué)院學(xué)報（工程技術(shù)版）Vol．24No．12011年3月JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology（EngineeringandTechnology）Mar．2011基于ANSYS的高速壓力機模態(tài)分析丁旺，丁武學(xué)，馮丙波（南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇南京210094）摘要：隨著高速壓力機轉(zhuǎn)速的提高，產(chǎn)生的振動問題也愈加嚴重，對高速壓力機的動態(tài)特性研究就相當(dāng)必要。運用ANSYS軟件建立了高速壓力機的有限元模型，進行模態(tài)分析，提取了前6階模態(tài)頻率和振型，并對其在各階振型下的結(jié)構(gòu)性能

2、進行了分析，得出壓力機的動態(tài)特性滿足設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：高速壓力機；ANSYS模態(tài)分析；固有頻率中圖分類號：TG385.1文獻標識碼：A文章編號：1672-0679（2011）01-0078-03高速壓力機工作時，其負荷特征是短期高峰負荷，會對機器產(chǎn)生沖擊作用，使機構(gòu)發(fā)生振動。隨著壓力[1]機工作速度的不斷提高，振動和噪聲問題就愈來愈嚴重，所以對其進行動態(tài)性能分析也就越來越重要。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，僅靠單純的靜態(tài)設(shè)計和經(jīng)驗設(shè)計已不能完全滿足目前工程的要求，必須考慮各種動態(tài)因[2]素，并對結(jié)構(gòu)進行詳細的動力分析，以達到抗振、安全、可靠的目的。模態(tài)分析技術(shù)解決

3、了靜態(tài)分析難以解決的機構(gòu)動力特性，模態(tài)參數(shù)識別等問題。通過確定系統(tǒng)的固有頻率和固有振型等模態(tài)參數(shù)，改變系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)避免發(fā)生共振。1模態(tài)分析理論基礎(chǔ)模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)振動特性的一種技術(shù)。這些振動特性包括：固有頻率、振型等，為結(jié)構(gòu)的振動特性分析、振動故障診斷和預(yù)報以及結(jié)構(gòu)動力特性的優(yōu)化提供依據(jù)。模態(tài)分析的核心內(nèi)容是確定描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)。對于一個具有有限個自由度的系統(tǒng)，其運動方程可以表示成如下形式：[M]，ξ咬，+[C]，ξ觶，+[K]，ξ，=，P，（1）式中，[M]是機構(gòu)總質(zhì)量矩陣，[C]是機構(gòu)總阻尼矩陣，[K]是機構(gòu)總剛度矩陣，，

4、ξ，是機構(gòu)位移列陣，，P，是結(jié)構(gòu)外激勵列陣。在模態(tài)分析過程中，因阻尼較小，可忽略其對結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型的影響，所以方程變?yōu)椋篊AMEO凱模CAE案例庫[M]，ξ咬，+[K]，ξ，=0（2）該方程是常系數(shù)線性齊次微分方程，其解得形式為：，ξ，=，ξ，e-jωt（3）0則有：www.cameo.org.cn2，[K]-ω[M]，，ξ，=0（4）由于式（4）有非零解，所以其系數(shù)行列式為零，可以解出系統(tǒng)的特征值ω和特征向量，ξ，，即系統(tǒng)的固有[3]頻率和振型。2壓力機的模態(tài)分析2.1幾何模型的建立有限元模型的建立是進行有限元分析的基礎(chǔ)，建立的有限元模型應(yīng)能夠

5、真實的反應(yīng)實際工程行為特征?！猍收稿日期]2010-12-20[作者簡介]丁旺（1985-），男，江蘇江都人，碩士研究生。第1期丁旺等：基于ANSYS的高速壓力機模態(tài)分析79ANSYS軟件為有限元模型的生成提供了三種方法：（1）利用軟件本身的建模功能，首先建立實體模型，再進行網(wǎng)格劃分，從而完成有限元模型的建立；（2）在ANSYS中直接生成有網(wǎng)格的有限元模型；（3）在三維建模軟件中建立模型，然后將模型導(dǎo)入到ANSYS中，進行網(wǎng)格劃分，從而完成有限元模型的建立。對于比較簡單的實體，用直接生成有限元模型的方法容易實現(xiàn)；對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型

6、，用第一或者第二種方法麻煩且費時，所以選擇第三種建模方法，用三維建模軟件SolidWorks進行結(jié)構(gòu)件的實體建模。由于壓力機各零件之間的影響以及結(jié)構(gòu)整體性能的要求，所以必須進行整機的模態(tài)分析，高速壓力機主要由橫梁、底座、工作臺、工作機構(gòu)和平衡機構(gòu)部分組成，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，尺寸較大，為了方便分析計算，在建模前還需對[4]其進行一些合理的簡化，這樣既可以減少工作量，提高工作效率，又不失精度，所以對其做如下簡化：（1）忽略一些尺寸較小且不作為主要承力部件以及不會影響機床整體強度和剛度的部位，如螺紋孔、線路孔等；（2）將部分離應(yīng)力集中區(qū)域較遠的圓弧過渡簡化為直角

7、，而且一些在工藝上需要的倒角、拔模斜度等都不考慮。通過通用的數(shù)據(jù)接口將模型導(dǎo)入到ANSYS軟件中進行網(wǎng)格劃分。ANSYS中提供了多種接口，最常用的傳輸格式是IGES和Parasolid。Parasolid格式可以提供精確地幾何邊界表達，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫傳送；而以IGES導(dǎo)入ANSYS的方法，在轉(zhuǎn)換過程中會丟失圖形信息，另外，修補缺損信息也會花費大量時間，如果導(dǎo)入[5]的是裝配體，則會導(dǎo)致裝配關(guān)系混亂，模型丟失等，所以使用Parasolid格式進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，這樣可以大大提高導(dǎo)入ANSYS的效率和準確度。2.2單元類型的選擇及網(wǎng)格劃分由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，為

8、了能反映結(jié)構(gòu)的實際情況，網(wǎng)格劃分時選用三維實體單元。ANSYS單元類型中，三維實體單元有四面體