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大型12bet模态分析与优化

发布日期:2014-01-12 13:19:46 来源: 浏览:

12bet是用于弯曲金属板材的锻压设备,是锅炉、造船、石化、金属结构、水泥网址、化工网址、网址制造领域的关键设备之一[U]。随着12bet卷板能力的不断提高,振动和噪声开始引起人们的关注,对其动态性能和振动问题的研究也越来越重要。上梁是12bet的主要骨架之一,它连接12bet的上辊和机架,使上辊在工作过程中能够承受各种载荷的作用,实现对上辊挠度的补偿。因此,在结构设计中,不仅要保证上梁有足够的静强度和刚度,还必须考虑各种动态因素的影响,对结构进行详细的动力分析,以达到抗振、安全、可靠的目的。

112bet上梁的自由模态分析自由模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型),结构的固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数,同时也可作为瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析问题的起点Ua o Ansys提供了7种模态分析方法:Block Lanczos法、Subspace法、Powerdynamic 法、Reduced法、Unsymmetric法、Damped法和 QR Damped法t3]。

针对12bet上梁的具体结构,采用算法简单、收敛速度快、精度高,适用于大型对称特征值求解问题的Lanczos法。

1. 1上梁建模及导入Ansys 大型数控船用12bet上梁属于大型结构件,因此,在建模前对上梁进行合理的简化。本文根据上梁的具体结构形式及受力特点,略去尺寸较小不作为主要承力部件以及明显不会影响整体强度及刚度的部分,如螺栓孔和销钉孔、倒角。在这个过程中既要对分析对象进行合理的简化以便于计算,又要确保原始分析对象的主要结构的力学性能不发生变化。采用Solid Works建模,然后将保存为Parasolid 格式文件的模型导入Ansys。

1.2有限元单元类型的选取 在选择单元时,不但要全面反映结构的力学性能,同时应尽可能选择简单的单元以节约计算时间[’]。常用的三维实体结构单元有Solid 45, Solid 92, Solid 95和Solid 185等.木文采用四面体一卜节点线性单元Solid 92。四面体有很好的曲线边界性,应用于边界形状复杂的实体非常方便。Sol- id 92单元侮个节点有3个移动自由度,可以很好地划分不规则的网格,节省计算时间。

1.3网格划分 有限元分析中,模型网格划分越细致、单元阶次越高,则计算结果越准确,然而耗费的运算时间也越长。木文采用Ansys提供的智能网格划分工具“Smart Size”来划分网格。当采取等级为7 级时,共划分出34 887个节点、43 773个单元: 若采用6级细分,则划分出约17 620个节点、 53 163个单元。

1.4施加约束条件 施加约束时应注意:约束要充分,保证刚度矩阵的非奇异性以获得位移的确定解;没有多余的约束,以避免增加计算刚度,使计算结果失真; 所施加的边界条件必须符合实际工况:力求简单直观,便于计算分析周。自由模态分析的边界条件:无任何约束。

通过优化前后结构性能的对比,得出提高结构模态性能的措施:

1)根据模态分析结果,找出影响低阶模态的关键零件,改进关键零件的结构形式与尺寸,如增加加强筋、加凸台、做翻边、增加材料厚度等,以提高结构的模态刚度。

2)采用密度较小的材料,降低模态质量,但该措施易受到生产成木、材料特性和生产手机的影响,在实际应用中很少采用。

基于有限元模态分析理论,建立某大型12bet上梁的有限元模型,对其进行自由模态分析,了解上梁的动特性,为此类12bet上梁的设计提供了理论依据和参考。对不合理的结构进行优化改进,提高了上梁的固有频率。提出提高模态性能的改进建议,为大型12bet整机的优化设计提供了依据和方法。

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