快速精确获取设计中农业机械模态模型的方法

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1、第26卷第1期农业工程学报Vol.26No.12010年1月TransactionsoftheCSAEJan.2010129快速精确获取设计中农业机械模态模型的方法※钟江，乔欣，王扬渝，赵章风，张宪（浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室，杭州310014）摘要：在农业机械的设计过程中，为了快速获得产品整机的模态参数，该文以某小型农业作业机为例，探讨了采用NASTRAN求解的方法获取设计结构的模态模型；采用LMSTest.Lab试验模态分析的方法获取复杂外购件和通用件的模态模型，用自由界面模态综合的方法将通过前述方法获

2、得的各结构模态在LMSVirtual.Lab中综合，最终获取整机模态模型的方法。试验证明采用该方法获得的主要固有频率最大误差小于5.5%，且振型基本吻合。采用该方法可以在小型农业机械的快速设计过程中，快速、准确获取整机模态参数，为在设计过程中研究产品的动态特性和进行结构优化提供了数据支撑，具有重要的工程应用价值。关键词：农业机械，模态分析，有限元，模态综合，快速设计doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.01.022+中图分类号：TK417.127文献标识码：A文章编号：1002-6819(201

3、0)-01-0129-06钟江，乔欣，王扬渝，等.快速精确获取设计中农业机械模态模型的方法[J].农业工程学报，2010，26(1)：129－134.ZhongJiang,QiaoXin,WangYangyu,etal.Fastandaccurateobtainingmodalmodelfordesigningagriculturalmachinery[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26(1):129－134.(inChinesewithEnglishabstract)力学特性的方法。其基本思想

4、是将大型复杂结构按一定0引言的原则划分成若干个子结构，通过研究分析得到各子结农业机械通常工作在露天、砾石等恶劣外界条件和构的模态参数，再根据各子结构交界面的协调关系，组土壤物性差异大的环境下。为了适应不同地区和不同的装得到整个结构的模态参数。目前该方法已应用于航天农艺作业要求，需保证农业机械具有良好的动态特性。[8-9][10][11][12]器、船舶、汽车和工程机械等领域。为了降低农业机械成本，一方面在保证使用功能的前提小型农业作业机一般采用螺栓、销、焊接等方法连下进行轻量化设计和一机多用或综合利用，另一方面如接，连接刚

5、度差异较大；同时整机包含零件众多，部分何降低设计和开发成本，快速开发出适合中国国情的农关键零部件几何结构复杂，材料属性难以准确获取。因[1]业机械是中国发展农业机械化面临的主要问题之一。此单纯的采用整机有限元模态分析或试验模态分析，不国内外学者针对动态特性中的模态特性进行了大量易得到相对准确的整机模态参数。本文以某型小型农业的研究分析。李建平、赵匀等针对有序抛秧机的振动输作业机为例，就采用模态综合技术在农业机械设计阶段送机构进行了有限元和试验模态的分析并优化了相关结快速精确获取整机模态参数展开研究。LMSVirtual.La

6、b[2]构。闻荻江、张力等针对复合材料的发动机振动问题，是基于有限元和试验相结合的自由界面模态综合法，该[3]研究了复合材料发动机的试验模态和计算模态。蒋红方法充分利用了有限元分析和试验模态分析的优势，使旗、王繁生对起重机吊臂进行了有限元模态分析，研究得在设计阶段快速准确获取整机的模态参数成为可能。[4]其危险区域。GormanDG和HoracekJ基于子系统相关[5]1农业机械模态综合的原理能量研究了流固耦合系统的振动性能。PrzemyslawZ和AfferranteL应用有限元等方法研究了刹车系统的动态特1.1子结构模态

7、模型的缩聚[6-7]性。但上述分析多针对某一零部件，对于整体的模态对于任意一个子结构作必要的模态分析以获取系统分析研究较少。模态综合所需的模态信息。子结构的运动方程可写为模态综合法是一种高效、经济求解复杂机械结构动{}[fM]{}[]{}[]{}xCxKx（1）式中：[M]、[C]和[K]——分别为子结构的质量矩阵、阻收稿日期：2009-06-19修订日期：2009-09-15尼矩阵和刚度矩阵；{x}——子结构的节点位移列阵；基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目（2006BAD11A10-02）；国家{f}—

8、—子结构受到的作用力列阵，{f}可写为自然科学基金资助项目（50805131）{}{}{}fff（2）作者简介：钟江（1982－），男，宁波鄞州人，博士生，主要研究方向为ab农业机械性能检测与优化。杭州浙江工业大学机械制造及自动化教育部重式中：{}f——作用在子结构上的外界作用力列阵；