基于Ansys的塔式起重机振动模态分析

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1、基于Ansys的塔式起重机振动模态分析沈荣胜王胜春王积永山东建筑大学济南250101摘要：塔式起重机的振动会引起较大的动态应力，模态分析就是确定其结构的振动特性，也是其他动力学的基础。以bTZ5510塔式起重机为研究对象，研究了其建模方法，建立了其整体结构的有限元模型，并以结构进行模态分析来计算结构的固有振动特性，确定结构的固有频率以及振型，为研究该型塔机的其他动力响应提供了依据。关键词：塔式起重机；模态分析；有限元；建模中图分类号：TH213．3文献标识码：A文章编号：1001—0785(2011)09—0068—03A

2、bstract：Thevibrationoftowercraneswillcausegreaterdynamicstress，andthemodalanalysisistodeterminethevibrationcharacteristicsofitsstructureandservesasthefoundationofotherdynamics．TakingtheFTZ5510towercraneasthestudyobject，thepaperstudiesitsmodelingapproach，establishe

3、sthefiniteelementmodeloftheoverallstructure，andcalc~atesthenaturalvibrationcharacteristicsofthestructureviathestructuralmodalanalysis，todeterminethenatu—ralfrequencyandvibrationmodalofthestructure，givingabasisforthestudyofthedynamicresponseofthetowercrane．Keywords

4、：towercrane；modalanalysis；finiteelement；modeling0引言1有限元模型的建立塔式起重机(以下简称塔机)广泛用于工1．1模型简化业、矿山、建筑等领域，它由金属结构、工作根据塔机的结构特点，在Ansys中可利用梁单机构和驱动控制系统等组成。金属结构是塔机元来模拟塔机的钢结构，同时为了使建立的塔机的骨架，承受着塔机自重以及作业时的各种外结构动态分析模型更加合理，应遵循以下原则：载荷，是塔机的重要组成部分⋯。对金属结构模型能全面、准确地反映塔机的结构特点；塔机进行设计必须确保其在工作过程

5、中满足强度条模型应与实际形状保持几何上的相同，对研究问件。塔机在工作时，由于受不同频率和不同振题影响不大的局部结构可适当的简化；模型所受型的振动源等因素的干扰，其振动严重影响塔的载荷应与塔机实际工作中外载荷作用下相同；机的工作性能，结构易产生疲劳破坏j。在进模型的边界条件处理应与塔机实际工作时保持一行结构设计时，必须了解结构的振动特性，避致；对变幅机构、配重等塔机附件采用质量单元免外激励的频率与塔机结构的固有频率相近，来模拟。在建立塔机有限元模型时，根据以上原防止发生共振现象。模态分析用于确定设计结则进行必要的简化。构的振

6、动特性，它们是承受动态载荷结构设计i)回转机构的简化由于回转支承等实体部中的重要参数，也是其他动力学分析问题的件的几何尺寸较小，刚度大，质量集中，且实体起点。部分局部不易失稳，对塔机结构整体分析时，将本文以FTZ5510塔机为例，采用有限元法进回转结构等实体部件采用梁单元进行等效处理，行建模，对其结构进行模态分析，确定了该结构减少塔机整体分析中的单元种类，使塔机的整体的固有频率及振型，为研究该型塔机的其他动力分析中只包括梁单元，避免了具有不同_】廿点自由响应提供了依据。度的梁单元和板壳单元的连接问题，便于后处理分析。一68

7、—《起重运输机械》．2011(9)2)塔机附件(如电机等)的几何尺寸较小：根据选择的单元类型定义塔机各杆件的截面形状质量集中，对整体结构进行分析时，将附件等实和尺寸。Ansys提供了强大的模型生成功能，能够体部件采用质量单元来处理；由于变幅钢丝绳，通过自底向上的建模方法构建各种有限元模型，分布比较均匀，且相对于整机的质量较小，故可本文采用直接法和间接法相结合的建模方法建立忽略钢丝绳的质量。为了建立模型的方便对平衡如图1所示的塔机结构有限元模型，该模型由重部分、起升机构、变幅机构采用增加质量单元1283个单元和557个节点组

8、成。的办法来模拟。由于塔身底部结构刚度大，与地基用地脚螺栓相连，其底部能承受弯矩，假定其为固定支座，约束底部4节点的所有自由度；起重臂、平衡臂根部通过销轴与回转节相连，在臂架起升平面可认为是固定铰支座，采用耦合处理，仅释放绕其销轴转动自由度，以反映臂架与回转节的真实连图1塔机有限元分析模型接情况。由于塔