基于ANSYS的桁架结构模态分析

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1、2012年12月宇航计测技术Dec．．2012第32卷第6期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．32．No．6文章编号：1000—7202(2012)06—0017—04中图分类号：TB931文献标识码：A基于ANSYS的桁架结构模态分析张俊秀刘均松江雯刘鹏曹玉梅(北京航天计量测试技术研究所，北京100076)摘要模态分析是机械结构动力学分析的基础。采用有限单元法，利用ANSYS软件以桁架结构为例进行分析，求得桁架的自由模态参数，并通过加强筋的合理布置，增强桁架的结构刚度，提升固有频率，远离实际工作频率

2、以防止共振。关键词模态分析固有频率桁架结构振型有限元法ModalAnalysisofTrussStructureBasedonAnsysZHANGJun·-xiuLIUJun·-songJIANGWenLIUPengCAOYu--mei(BeijingAerospaceInstituteforMetrologyandMeasurementTechnology，Beijing100076)AbstractModalanalysisisthefoundationofdynamicanalysis．Thefiniteelementmethodisana—lyzedb

3、yusingANSYSsoftwaretakingtrussstructureasaexample．Itwouldprovidemodalparameterlikenaturalfrequency，andwecangetabetterdesignaccordingtotheparameter，likeenhancingtherigidityoftrussstructureandimprovethenaturalfrequencytoavoidresonating．KeywordsModalanalysisNaturalfrequencyTrussstructm

4、ctureModeofvibrationFiniteelementmethod1引言模态分析就是确定结构系统的振动特性，得到结构的固有频率和振型，它们是检验结构本身刚性及结构承受动力荷载的重要依据，同时也是其它各类型结构动力学分析的基础，如谐响应分析、瞬态动力学分析等。对于实际的结构而言，模态分析结果不但反映了结构的刚度信息，而且可以用于指导结构的设计。桁架结构中的桁架指的是桁架梁，是结构化的一种梁式结构。桁架结构常用于大跨度的厂房，展览馆，桥梁等公共建筑中和某些大跨度的结构件中。各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应对结构内部的

5、弯矩和剪力分布。结构布置灵活，应用范围非常广。本文针对大型桁架结构的特点，首先利用AN．SYS软件建模，根据实际情况设置边界条件等，然后求解。得出桁架无约束情况下的固有频率和振型，通过振型分析找出桁架薄弱部位并提出相应的改进方案，进行优化设计，最终提高桁架的固有频率。这种方法可以减少后续的振动试验次数，从而节约了生产成本及周期。用有限元法对桁架结构进行模态收稿日期：2012—07—23作者简介：张俊秀(1987一)，男，硕士研究生，主要研究方向：计量测试及机械机构设计。·18·宇航计测技术2012拄分析，满足工程使用要求，在指导结构改进方面有不可替代的作用。2

6、多自由度系统模态理论依据对一个Ⅳ自由度的线性系统，其振动方程为[M]{z}+[K]{石}={0}(1)其振型方程为([K]一t02[M]){X}={o}(2)因为系统{x}≠{O}，即I[K]一(￡J：[M]I=0(3)式中：[M]——质量矩阵；[K]为——刚度矩阵。解出∞。即为多自由度系统各阶固有频率，将∞。解出后代入到方程(2)中求得{x}，即为各阶固有频率的振型。3ANSYS模态分析步骤ANSYS软件是目前国际上最著名的大型通用有限元分析软件，经过30多年的发展，已形成融结构、热、流体、电磁声学及多物理场耦合为一体的大型通用有限元分析软件，广泛应用于航空

7、航天、石油、化工、汽车、造船、铁道、电子、机械制造、地矿能源、一般工业及科学研究等各个领域，极强的分析功能覆盖了几乎所有工程问题。模态分析主要有以下四个步骤：(1)建模及网格划分。进行前处理，定义单元类型，实常数，材料特性等。因为模态分析为线性分析，因此选用的单元也为线性单元；(2)加载和求解。按照实际约束情况，准确施加边界条件。ANSYS求解模态的方法有7种，每种方法各有优缺点，在实际使用过程中根据模型大小及提取振动的阶数来选择；(3)扩展模态。目的是为了查看振型；(4)后处理。模态分析的结果将被写入结构分析结果文件中，主要包括固有频率、已扩展的振型、相对应

8、力和力分布。4桁架结构分析该桁架结构如