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1、基于ANSYS的压缩机管系结构振动模态分析文章编号:1006-1355(2008)04-0017-03基于ANSYS的压缩机管系结构振动模态分析姜文全,杨帆,王茂廷,王莲(辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001)摘要:介绍建立管系结构固有频率和振型向量方程的基本理论,建立管道结构的动力有限元方程,用ANSYS程序对其分析,得出管系结构固有频率和振型,从而判断管系是否与其它系统产生共振,并为管系的动态设计和减振提供依据。关键词:振动和波;压缩机;有限元法;模态分析中图分类号:TH45;O241.82文献标识码:AModa
2、lAnalysisofStructuralVibrationfortheCompressorPipingSystemonANSYSJIANGWen2quan,YANGFan,WANGMao2ting,WANGLian(SchoolofMechanicalEngineering,LiaoningShihuaUniversity,FushunLiaoning113001,China)Abstract:Thisarticleintroducedelementarytheoryofthepipelinestructurenaturalfr
3、equencyandmodeshapevectorequation.Thedynamicalfiniteelementequationofthepipelinestructurewasestab2lished.UsingANSYSprocedure,thepipelinestructurenaturalfrequencyandmodeshapewereobtained,throughwhichthejudgementofthepipelineresonanceisprovided.Keywords:vibrationandwave
4、;compressor;finiteelementmethod;modalanalysis压缩机气体管道机械振动的原因主要是:(1)φ—振动初相位。压缩机主机的动力平衡性能欠佳;(2)管内脉动的把式(2)代入式(1),消去因子sin(ωt+φ)之气流在管道的转弯、变截面、阀门、盲管等处产生交后,得到代数方程组2变的载荷—激振力,导致了管道的机械振动。当激([K]-ω[M]){X}=0(3)2振力频率和管道结构的固有频率相近时,管道产生其中([K]-ω[M])称为特征矩阵。齐次线性代数机械共振,造成管道系统(包括辅助设备和管道附方程
5、组(3)有非零解的充要条件式,它的特征矩阵件等)的强烈振动。因此,设计管道时,需要对管道的行列式为零,即[1,2]2结构的固有频率进行计算。det([K]-ω[M])=0(4)2式(4)称为特征方程。它是ω的n次多项式,它有1管系结构固有频率和振型向量方程222n个根ω1ω2⋯ωn其中ωi是系统的第i阶固有频的建立率,各阶的固有频率一般是不等的,把这n个固有频[3]管系的自由振动方程率代入方程(3)中,可以求得。个非零向量{u}1,[M]{x¨}+[K]{x}=0(1){u}2,⋯,{u}n称为系统的振型向量(或称特征向对n个自由
6、度管系,位移向量为量)。当然如果出现等固有频率时,利用特征向量T{x}=[x1x2x3⋯xn]与[M]、[K]具有正交性,也可以得出等固有频率下[M]、[K]均为n×n阶对称矩阵。对具有足够约束不同的特征向量。而由这些特征向量作为列向量组[4]的管系,[M]、[K]是正定的。成的矩阵称为模态矩阵,表示为自由振动方程(1)是二阶常系数齐次微分方程[U]=[{u}1{u}2⋯{u}n](5)组,设各个位移分量作相同的简谐振动,即由于Subspace法,在处理系统中存在等固有频{x}={X}sin(ωt+φ)(2)率或有几个固有频率非常
7、相近时,可以防止收敛速度T式中:{X}—振幅向量,{X}=[X1X2X3⋯Xn];太慢;且当计算系统自由度数多达百万个,而只需要ω—振动圆频率;得到的固有频率与主振型只是最低三、四十个,可以进行坐标缩聚,因而它计算结果的精确度和可靠性都收稿日期:2007209203[5]作者简介:姜文全(1979-),男,辽宁省锦州市人,助教,硕士,主要较高。它是大型结构振动分析的最有效方法之一。从事化工机械振动研究工作。712008年8月噪声与振动控制第4期ezos),PowerDynamics方法,缩减法(Reduced),非对2ANSYS模
8、态分析称法(Unsymmetrie),阻尼法(Damped),QR阻尼法ANSYS软件是美国Swanson公司推出的融结(QRDamped)。在通常的使用中,选择分块Lanezos构、流体、电磁、热、声学为一体的大型通用有限元分方法、子空间方法、P
