大型卷板机上梁的模态分析与结构优化设计.pdf

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1、大型卷板机上梁的模态分析与结构优化设计田芳王栓虎李太福秦为前南京理工大学机械工程学院南京210094摘要：在保证大型卷板机上梁结构力学特性的前提下，对上梁结构进行了简化，建立了有限元模型。通过对该有限元模型进行自由模态分析，得到上梁的各阶模态频率和振型，为动态设计提供了参考。对不合理结构进行优化设计，以提高上梁本身的固有频率，使上梁结构刚度更趋合理。总结提出提高结构模态频率和振型的措施。关键词：卷板机；模态分析；结构优化中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—0785(2011)11—0042一o3Abstract

2、：Underthepremiseofensuringthemechanicalpropertiesofupperbeaminlargerollingmachine，thepapersimplifiestheupperbeamstructureandestablishesthefiniteelementmode1．Viathefreemodalanalysisofthefiniteele—mentmodel，thepapergainsthemodalfrequenciesandvibrationmodesinvariousphas

3、es，providingdynamicdesignwithareference．Also，thepaperoptimizesthedesignofunreasonablestructurefoundbyanalysis，toimprovethenaturalfre—quencyoftheupperbeam，SOthatthestructurestiffnessoftheupperbeambecomesnlorereasonable，andoffersmeasuresforimprovingthestructuremodalfre

4、quenciesandvibrationmodes．Keywords：rollingmachine；modalanalysis；structuraloptimization的振动特性(固有频率和振型)，结构的固有频率0引言和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数，卷板机是用于弯曲金属板材的锻压设备，是同时也可作为瞬态动力学分析、谐响应分析和谱锅炉、造船、石化、金属结构、水泥机械、化工分析问题的起点j。Ansys提供了7种模态分析方机械、机械制造领域的关键设备之一【。随着卷法：BlockLanczos法、Subspace法、Pow

5、erdynamic板机卷板能力的不断提高，振动和噪声开始引起法、Reduced法、Unsymmetric法、Damped法和人们的关注，对其动态性能和振动问题的研究也QRDamped法。越来越重要。上梁是卷板机的主要骨架之～，它针对卷板机上梁的具体结构，采用算法简单、连接卷板机的上辊和机架，使上辊在工作过程中收敛速度快、精度高，适用于大型对称特征值求能够承受各种载荷的作用，实现对上辊挠度的补解问题的Lanczos法。偿。因此，在结构设计中，不仅要保证上梁有足1．1上梁建模及导入Ansys够的静强度和刚度，还必须考虑各种动态因素的

6、大型数控船用卷板机上梁属于大型结构件，因影响，对结构进行详细的动力分析，以达到抗振、此，在建模前对上梁进行合理的简化。本文根据上安全、可靠的目的。梁的具体结构形式及受力特点，略去尺寸较小不作本文以某自主开发的大型数控船用卷板机的为主要承力部件以及明显不会影响整体强度及刚度上梁为例，采用有限元分析软件Ansys对上梁进行的部分，如螺栓孔和销钉孔、倒角。在这个过程中模态分析，找出上梁结构不合理的地方，并对相应的结构进行改进优化，改善其动力特性。既要对分析对象进行合理的简化以便于计算，又要确保原始分析对象的主要结构的力学性能不发生变1

7、卷板机上梁的自由模态分析化。采用SolidWorks建模，然后将保存为Parasolid自由模态分析用于确定设计结构或机器部件格式文件的模型导人Ansys，如图1所示。基金项目：“高档数控机床与基础制造设备”科技重大专项一42一《起重运输机械》2011(11)2)材料性质参数如密度值等为负值；3)约束铰接结构如2个水平运动的梁单元在竖直方向没有约束；4)当应力刚化效应为负值时，在载荷作用下整个结构刚度弱化，如果刚度减小到0或更小时，图1导人Ansys的模型因整个结构已发生屈曲使求解存在奇异性；5)模型中有非线性单元。1．2有限元

8、单元类型的选取1．6扩展模态在选择单元时，不但要全面反映结构的力学在模态分析中，扩展是指将振型写入结果文性能，同时应尽可能选择简单的单元以节约计算件，扩展模态适用于使用Reduced模态提取方法得时间J。常用的三维实体结构单元有Solid45、到的减缩振型和使用