基于ANSYS的大型车转台的模态分析

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1、第9卷第15期2009年8月科学技术与工程Vo1．9No．15Aug．20091671—1819(2009)15—4304—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2009Sci．Tech．Engng．一般工程技术基于ANSYS的大型车转台的模态分析贺瑗郑海霞刘洪芹(兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，机电工程学院，兰州730050)摘要针对舞台机械中大型车转台在动载工况时可能出现振动剧烈、X-作可靠性降低的特点，利用ANSYS软件建立大型车转台的有限元模型，对车转台的钢架结

2、构进行了有预应力的模态分析，得出车转台结构的固有频率和各阶振型，找到结构中的危险区域，为车转台结构改进和优化设计提供依据。关键词舞台机械车转台ANSYS模态分析中图法分类号TB115；文献标志码A车转台是一种广泛应用于标准品字形舞台的大型舞台台面机械设备，在大规模的、舞台下部机械比较齐全的“品”字形舞台中，主舞台区设有升降台群，可上升到不同高度参与表演，两侧的侧台区内装有车台，可以开到主舞台上换景，车转台一般安装在剧场的后舞台中央，在进行表演时，先将安装在主舞台上的升降台群下降一个车转台的高度，后将车转台向前水平移动到主舞

3、台中区或前区，为演出迁换布景和道具，实现大规模演员、演出设备和场景的瞬间切换，实现特殊的表演效果。车转台由车台和转台两部分组成，将薄形转台装在车台上，可以随车台一起行走，工作中要满足转台旋转和车台平移功能的组合。和其它舞台台面设备相比，车转台体积大，占地广，重量重。台面规格一般为车台1818m，转台16m；承载能力为静载4000N／m，，动载2000N／m，水平行程20ITI，自身重量可达100吨左右。结构如图1所示。1一车台部件，2一转台台面部件，3～转台承重轮，4一中心轴，车转台车体结构支撑跨度大，运行行程长，运行5一

4、内圈承重轮导轨，6一中圈承重轮导轨，7一转台驱动机，速度快，特别在动载工况下，同时满足转台旋转和车8一外圈承重轮导轨，9一车台驱动机台平移组合功能时，引起的振动较剧烈，严重影响设图1车转台结构示意图备工作的可靠性。为研究动载工况时产生的振动，基2009年4月20日收到于ANSYS建立车转台的有限元模型并进行模态分第一作者简介：贺瑗(1979～)，女，兰州理工大学机电工程学院教师，硕士研究生，研究方向：机械制造及自动化。析，为车转台架体结构的改进和优化提供依据。l5期贺瑗，等：基于ANSYS的大型车转台的模态分析4305压、

5、弯曲和扭转刚度的空间梁单元Beam4，用命令1构建结构的有限元模型“ET，1，BEAM4”定义单元的类型。所建立的车转台的有限元模型如图2所示。1．1有限元模型的确立方案几何模型不但直接影响到有限元模型，而且它还取决于有限元模型⋯。大型车转台具有一个直径很大的薄形转台和一个长宽都很大的自行式车台，设计车转台架体结构时，为了尽量减轻车体重量，架体结构采用桁架梁结构，由许多空心杆件焊接而成。转台由许多横向联接梁和加强管构成，联接梁主要承担竖向载荷，加强管则主要配合联接梁受力，它还在转台承受扭转时发挥作用。车台在横向由许多标准节

6、组成，它由横向和纵向的联接梁、竖向的立柱以及斜向的拉筋构成，联接梁和立柱主图2车转台有限元模型要承担外加载荷，斜拉筋则主要配合它们受力。刚架上的杆件型材选用冷弯方形空心型钢；材料选用2车转台的模态分析碳素结构钢Q235A，许用00应一力√[一o。r]。：一01601_-MPla__，ll。材料一密度P=7．8×10kg／In，弹性模量E：206．9GPa，2．1模态提取方法泊松比=0．3。由此，确立车载转台有限元模型为模态分析用于确定结构的振动特性(固有频率杆件系统模型。。一，一¨l+一瘴．．_l0一¨l_t一I1，，．．

7、t和振型)I31。固有频率和振型是车转台承受动载荷1．2有限元模型的建立方法和过程时结构设计中的重要参数。模态提取的过程也就是运用ANSYS软件创建有限元模型在实际操作用于描述特征值和特征向量的计算。典型的无阻尼中可分为以下几种：直接法建模；实体建模；在其它模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题j：软件中生成实体模型然后通过数据接口读人AN．SYS中，经过修正后划分有限元网格；在其它软件中[]{}=[]{。}(1)创建有限元模型，然后将节点、单元的数据读人AN．(1)式中各符号的含义如下：SYS。分析车转台的结构特点，虽

8、然结构庞大，节[]：刚度矩阵，点、元素数目较多，但其可归为杆系问题(空间刚架{}：第i阶模态的振型向量(特征向量)，结构)一类，所以选用直接法进行建模。：第阶模态的固有频率(∞是特征值)，车转台中车台和转台由许多标准节组成，每一[M]：质量矩阵。个标准节具有相同的拓扑形状、几何尺寸和截面类有许多数值方法