基于A N SY S的井架模态的有限元分析
王保玉
(格力电器股份有限公司商技部,广东珠海519070)
应用科技
【}商要]为避免在工作中发生共振现象.并为井架设计提供科学的依据,需对其井架进行有限元模态分析。本文利用A N SY S有限元软件
对作业车井架进行模态分析,计算出井架在自然状态下的前9阶固有频率。
[荚键词]井架;模态;有限元
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1井架有限元模型的建立
1.1单元类型的选择
井架体为板、梁组合空间工程结构,考虑到板件数量少,为了简化数学模型和计算过程,我们将板和梁均等效为三维弹性梁单元(B eam4),B eam4单元的特性分述如下:三维弹性梁单元是具有拉伸、压缩、扭转和弯曲功能的单轴单元,在每个节点上具有六个自由度,即沿×、Y、Z轴移动和绕×、Y、Z轴转动。
12网格划分
井架所选单元类型如前所述,各杆件均等效为三维弹性梁单元(Bea m4),模型中节点的确定遵循如下原则:1)井架的节点为模型的节点:2)井架与压缸和作业车的连接点为模型的节点。
图1为井架的几何模型,为描述节点坐标、节点位移及节点载荷方向等有关参数,取整体坐标系为右手系O X Y Z,其中Y轴垂直向上,原点位于井架底端一焊接点。该模型由92个节点和263个单元组成。
13约束殁栽荷
井架体通过压缸及井架铰支座固定在作业车上,约束点共有6个,其中铰点限制5个自由度,压缸与井架连接处限制5个自由度。载荷包括最大钩载、死绳和快绳在项部四个节点上的均分力和死绳作用在井架上的力。所建有限元模型如图2所示。
2有限元计算
2.1施加栽荷并求解
a选择分析类型
M a i n M e nul Sol ut i onI N ew A na l ysi s,在N ew A na l ysi s对{舌框中选取M odal,单击O I h设定分析选项 M a i n M enu JSoI ut i onl A na J y s i s T ypel A na l ys i s O pt i ons,系统将弹出M odal A na l ys i s对话框,选择Subs pac e(子空间法)并在N o.of m odest oext r act(提取几阶模态输出)文本框中输入…9,启用Ex—bandm odes hapes(模态图形展开)选项,在N o.of m odes t oex—pa ne l(几阶模态展开)文本框中输入“9”阶,然后单击O K按钮。 c定义约束 M ai n M enul S ol ut i onJLoa dsl A pl l yl D i spl ac em ent l O n N odes,出现A p pl y U,R O Ton N odes选择框。在图形窗口选择节点21、22、23、24、33、36,单击O K,出现A ppl yU,R O T on N odes对话框。除R O T Z外全部选中,单击O I(o 图I井架的n伺模型图2井架振动分析的有限元鼬d求解 M ai n M e nul Sol ut l onISoIveI C urr ent L s,查看求解信息,关闭求解状态窗口,单击O K开始求解,求解完成后单击C l ose关闭信息框。 22查看分析结果 a.查看各阶模态的模态频率 M a i n M enul G ener al Post procIRes uIt s Sum m ar y,系统将弹出SE—L I ST C om m and对话框,得出前9阶模态频率。 为了合理设计作业车井架,需要全面了解井架的固有振动特性。利用有限元分析软件A N SY S对井架结构在自然状态下饵口无钩载作用)进行模态分析,可得到井架的前9阶模态频鞫如表1所示)及相对应的 主振型。表2所列为该作业车各转动轴转速,可以看出,井架的模态频率与作业车设计的工作频率相差较大,不会发生共振现象。由于井架的振动模态主要由前9阶模态决定,故以下重点分析这些振型。 b井架模态振型分析 第一阶振型【0302H z)主要表现为井架作大幅前后的一阶摇摆振动,无明显的其它振动。第二阶振型(1253H z)主要表现为井架作大幅左右的一阶摇摆振动,无明显的其它振动。第三阶振型(2.741H z) 主要表现为井架上部作大幅前后的二阶摇摆振动,还有轻微的绕Y轴的旋转运动。第四阶振型(3996H z)主要表现为井架作大幅前后的二阶摇摆振动,无明显其它振动。第五阶振型(4点115H z)主要表现为井架上部比较强烈的绕Y轴的二阶旋转运动,无明显其它振动。第六阶(8896H z)主要表现为井架下部作大幅前后的二阶摇摆振动,上部作轻微的前后摆动。第七阶振型(13268H z)主要表现为并架作大幅左右的二阶振动,还有比较剧烈的绕Y轴的旋转运动。第八阶振型(13.503H z)主要表现为井架上部绕Y轴作剧烈的扭转振动,同时伴有左右的摆动。第九阶振型(16.594H z)主要表现为井架作大幅前后的 二阶摇摆振动,无明显其它振动。 表1前9阶同懈 阶鼗i固有龋,聋e f’}矗p l J O.3艇√ 2-'{’{k 3J2,74I 4—399出一 5-"4915., 酗S99出j 7一13268,-" 2一13503, 9J16.5蚰._ 表2作业车笤尚强帕粥童 I转动轴名称,I带动帆主轴。1分动箔输出姬,l液压泵主轴。一} I转速(r/m f n)44500J1500.,1500t, 3结论 根据结果得出,井架结构在自由状态下既钩载作用)的固有频率与作业车设计的工作频率相差较大,井架不会发生共振现象。从井架各阶 振型分析中看出,井架整体的刚度和质量分布较为均衡,无明显的薄弱 部位和过乘部位。综上所述,该作业车的井架整体结构设计是合理的, 为后续的动力学仿真和优化设计提供了基本保证。 [参考文献] 【1】龚曙光.A N s Y s基础应用及范例解析l闸北京:机械工业出版社,2003 121张朝晖,王富耻.A N SY S工程应用范例入门与提高【M】。北京:清华大学出 版社2003. 193