基于ansys_workbench的重型板式给料机结构静力学与模态分析

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1、沈庆杰：基于WORKBENCH的重型板式给料机结构静力学与模态分析基于WORKBENCH的重型板式给料机结构静力学与模态分析沈庆杰（大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024）摘要：本文基于有限元方法，利用ANSYS/WORKBENCH软件对重型板式给料机结构进行静力学与模态分析。得到了给料机主体钢结构的应力、变形以及前6阶固有频率和振型，可为进一步的结构优化和轻量化设计提供理论依据，具有一定的实际工程意义。关键词：重型板式给料机；有限元；静力分析；模态分析；ANSYS/WORKBENCH中图分类号：TH228文献标识码：A0引言作为典型物流设备的重

2、型板式给料机应用于矿山行业，主要承担运输作业，主体钢结构作为重型板式给料机的承载和支撑部件，其强度、弹性变形和动态特性直接影响设备的可靠性。钢结构性能研究是一项非常繁琐的过程,其结构复杂、原件集合尺寸差异大，单纯的经验设计难以保证结构的可靠性，潜伏问题难以发现，因而传统的设计已经不能完全满足设计的需求。随着计算机软件的不断开发，现代重要的结构设计大都采用弹性力学有限元法，使设计水平得到显著的提高[1]。本文以某企业自移式破碎站的重型板式给料机主体钢结构为研究对象，对其进行静力与模态分析，对验证给料机主体钢结构强度和刚度要求；推断未测或难测部位的应力和变形

3、状态；找出结构的薄弱环节并改进具有重要的理论参考和实践意义。1有限元模型的建立本文研究的重型板式给料机主要承受两种工况：一种工况为给料机负载平稳运输物料且没有落料冲击链板；另一种工况为给料机在运输物料过程中落料冲击链板。本文主要对第一种工况下的重型板式给料机主体钢结构进行静力学分析以及模态分析。1.1三维模型的建立三维模型的建立是数值模拟分析中重要、关键的环节。UG软件能够方便地建立复杂的三维模型，企业提供的初始的板式给料机三维模型主体钢结构是由不同厚度的钢板焊接而成，模型钢板之间存在较多的焊缝，导致模型存在不同大小的间隙，给后继有限元分析带来困难，而且

4、模型结构复杂，且为三维实体，建立有限元模型的过程中，要在符合结构力学特性的前提下建立模型，有必要对结构做合理的简化。其主要简化说明如下：（1）.忽略零件中一些微小特征。螺栓孔、倒圆角等一些微小的结构对结果准确性的影响很小，所以建模时不考虑这些微小几何图元；（2）.所有焊接位置不允许出现裂缝、虚焊等工艺缺陷，认为在焊接位置材料是连续的，直接填充间隙；（3）.板式给料机模型附件品种繁多，形状复杂，且对机架的刚度和强度影响不大，在计算模型中只要考虑其自重即可，例如料斗、辊子、走台、链板等其它辅助设备。6沈庆杰：基于WORKBENCH的重型板式给料机结构静力学与

5、模态分析1.1材料属性结构用钢均采用Q235碳素结构钢材，Q235的弹性模量E=2.1e11N/m2，密度7830kg/m3，剪切模量为81000MPa，泊松比为0.3，模型材料为各向同性。表1材料Q235许用应力一览表:MPa(N/mm2)Tab.1ListofMaterialQ235Allowablestress:MPa(N/mm2)厚度t（mm）屈服极限δsQ235许用应力I类载荷安全系数1.5Ⅱ类载荷安全系数1.33Ⅲ类载荷安全系数1.2[δa][τa][δa][τa][δa][τa]t≤162351579017710219611316

6、225150871699818810840

7、odeloftheheavy-dutyslatfeederstructure6沈庆杰：基于WORKBENCH的重型板式给料机结构静力学与模态分析1.1施加载荷与约束1.4.1约束施加板式给料机钢结构与下部衔接结构部分的六个连接面和两个支撑面采用固定约束（fixedsupport）。如图2所示：1.4.2载荷施加参考移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范（JB/T8849-2005）确定给料机载荷定义和工况组合计算方法。根据加载频率，给料机钢结构需要确定以下三种不同类别的载荷:主要载荷、附加载荷和特殊载荷。在第一种工况下，按I类载荷工况分析，即按照板式给料机

8、主要载荷进行加载，板式给料机实际承受的载荷主要有以下几个部分：钢结构自重、设备倾