基于有限元的玉米联合收获机底盘车架模态分析

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1、2015年6月农机化研究第6期基于有限元的玉米联合收获机底盘车架模态分析胡东方，王想到(河南科技大学机电工程学院，河南洛阳471003)摘要:为研究某玉米联合收获机底盘车架的振动特性，应用大型有限元软件ANSYS对其进行模态分析，得到了前8阶模态特性的固有频率以及振型特征。同时，将模态分析所得结果与收获机受到的激励频率进行对比，确定了该车架结构的安全性和可靠性，为后续的其它动力学分析奠定了基础，具有一定的现实意义。关键词:玉米联合收获机;底盘车架;模态分析;固有频率;振型+中图分类号:S225．51文献标识码:A文章

2、编号:1003－188X(2015)06－0053－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.06.012共振引起的危害。0引言1模态分析基本理论随着国家对农业机械化发展的重视和支持，农机企业越来越重视玉米联合收获机的基础理论和试验模态分析过程就是计算底盘车架的固有频率及其研究，使得我国玉米联合收获机械化取得了快速发对应振型的过程，本质上是计算结构振动的特征值和［1］展。底盘车架是整个玉米联合收获机的基本承载特征向量问题。模态分析的典型的无阻尼结构自由振部件，其强度、刚度及动力特性等都直接影响着

3、整机动的运动方程为··的性能和使用寿命。在以往的车架设计和校核中，往［M］{X}+［K］{X}={0}往以静强度为标准，对动态分析研究较少。收获机在式中［M］—质量矩阵;实际行驶中，底盘车架会受到多种动载荷的作用，如［K］—刚度矩阵;路面随机振动载荷及发动机的激励载荷等。通过各··{X}—加速度向量;部件的连接，这些动载荷会传递到收获机的各个部{X}—位移矩阵。位，从而引起整机或局部的动态响应，在一定程度上［2］此为常系数线性、齐次常微分方程组，其解形式为可能导致车架产生共振危害。由此可见，除了对车{X}={Φ}si

4、n(ωt+φ)架进行静强度校核外，动态分析也具有重要意义。则有模态分析作为动态分析的基础，是其他动力学分··2{X}=－ω{Φ}sin(ωt+φ)析问题(如瞬态动力学、谐响应分析和谱分析等)的起带入运动方程，可得点，也是动态分析的重要内容。它从底盘车架整体结2(［K］－ω［M］){Φ}={0}构角度出发，在校核中主要考虑振动影响。发动机和显然，{Φ}={0}是一个解，但是这个解意味着地面对玉米联合收获机底盘车架的激励都会使其产结构的所有质点都处于静止状态。因此，欲得非零解生振动，如果某些结构设计不理想，车架就会产生大

5、［3］的充要条件是的弯曲、扭转等变形，甚至造成疲劳破坏或断裂。2det(［K］－ω［M］JB)=0为此，应用ANSYS软件，针对某玉米联合收获机假定结构离散有N个自由度，则［K］和［M］均为的底盘车架进行模态分析，通过校核避免由外界激励2n阶方阵，求解可得特征值为ωi，特征向量为{Φi}。引起的振动频率和结构的固有频率相同或接近，避免其中，ωi为结构的n阶固有频率，{Φi}则为结构对应收稿日期:2014－06－14于ωi的振型向量。基金项目:国家自然科学基金项目(61070247);河南科技大学重大前期预研项目(20

6、11CX016)2底盘车架有限元模型的建立作者简介:胡东方(1967－)，男，河南洛阳人，副教授，硕士研究生导师，(E－mail)hdf@haust．edu．cn。进行模态分析时，首先要建立底盘车架的有限元通讯作者:王想到(1987－)，男，河北辛集人，硕士研究生，(E－mail)15194423679@163．com。模型。考虑到利用ANSYS和CAD的接口进行导入的·53·2015年6月农机化研究第6期方法容易造成几何数据的丢失，且本模型在后续的优续表1化阶段还要进行局部修改，因此采用直接在ANSYS阶次固有频率

7、/Hz振型特征中建立几何模型的方法。412．353．0扭转本玉米收获机底盘车架是典型的边梁式结构，主517．520．0侧向弯曲要纵横梁都是由槽钢、方管和一些附属结构等焊接而629．636．0侧向弯曲成。若真实地建立其几何模型，不仅浪费大量时间，而且会在后续的分析中消耗大量的计算资源，缺乏经733．362．0侧向弯曲+扭转济性。因此，为了优化计算量、降低计算成本，在真实840．875．0侧向弯曲+扭转反映车架主要结构和力学性能的基础上对其进行适当简化，如忽略非承载件及简化圆角等。由于本车架结构较为复杂，因此用实体单元对

8、几何模型进行网格划分。划分网格后的车架得到240839个单元，共计81012个节点，最终得到底盘车架的有限元模型如图1所示。图21阶模态Fig．2Thesecond－ordervibrationmode图1底盘车架有限元模型Fig．1Finiteelementmodelofchassisframe图32阶模态3模态分析过程Fig．3Thesec