基于ansys的高速压力机模态分析

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1、第24卷第1期苏州科技学院学报（工程技术版）Vol．24No．12011年3月JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology（EngineeringandTechnology）Mar．2011基于ANSYS的高速压力机模态分析丁旺，丁武学，冯丙波（南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094）摘要：随着高速压力机转速的提高，产生的振动问题也愈加严重，对高速压力机的动态特性研究就相当必要。运用ANSYS软件建立了高速压力机的有限元模型，进行模态分析，提取了前6阶模态频率和振型，并对其在各阶振型下的结构性能

2、进行了分析，得出压力机的动态特性满足设计要求。关键词：高速压力机；ANSYS模态分析；固有频率中图分类号：TG385.1文献标识码：A文章编号：1672-0679（2011）01-0078-03高速压力机工作时，其负荷特征是短期高峰负荷，会对机器产生冲击作用，使机构发生振动。随着压力[1]机工作速度的不断提高，振动和噪声问题就愈来愈严重，所以对其进行动态性能分析也就越来越重要。在进行结构设计时，仅靠单纯的静态设计和经验设计已不能完全满足目前工程的要求，必须考虑各种动态因[2]素，并对结构进行详细的动力分析，以达到抗振、安全、可靠的目的。模态分析技术解决

3、了静态分析难以解决的机构动力特性，模态参数识别等问题。通过确定系统的固有频率和固有振型等模态参数，改变系统的局部结构，使系统避免发生共振。1模态分析理论基础模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术。这些振动特性包括：固有频率、振型等，为结构的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化提供依据。模态分析的核心内容是确定描述结构系统的动态特性参数。对于一个具有有限个自由度的系统，其运动方程可以表示成如下形式：[M]，ξ咬，+[C]，ξ觶，+[K]，ξ，=，P，（1）式中，[M]是机构总质量矩阵，[C]是机构总阻尼矩阵，[K]是机构总刚度矩阵，，

4、ξ，是机构位移列阵，，P，是结构外激励列阵。在模态分析过程中，因阻尼较小，可忽略其对结构的固有频率和振型的影响，所以方程变为：CAMEO凯模CAE案例库[M]，ξ咬，+[K]，ξ，=0（2）该方程是常系数线性齐次微分方程，其解得形式为：，ξ，=，ξ，e-jωt（3）0则有：www.cameo.org.cn2，[K]-ω[M]，，ξ，=0（4）由于式（4）有非零解，所以其系数行列式为零，可以解出系统的特征值ω和特征向量，ξ，，即系统的固有[3]频率和振型。2压力机的模态分析2.1几何模型的建立有限元模型的建立是进行有限元分析的基础，建立的有限元模型应能够

5、真实的反应实际工程行为特征。————————————[收稿日期]2010-12-20[作者简介]丁旺（1985-），男，江苏江都人，硕士研究生。第1期丁旺等：基于ANSYS的高速压力机模态分析79ANSYS软件为有限元模型的生成提供了三种方法：（1）利用软件本身的建模功能，首先建立实体模型，再进行网格划分，从而完成有限元模型的建立；（2）在ANSYS中直接生成有网格的有限元模型；（3）在三维建模软件中建立模型，然后将模型导入到ANSYS中，进行网格划分，从而完成有限元模型的建立。对于比较简单的实体，用直接生成有限元模型的方法容易实现；对于结构复杂的模型

6、，用第一或者第二种方法麻烦且费时，所以选择第三种建模方法，用三维建模软件SolidWorks进行结构件的实体建模。由于压力机各零件之间的影响以及结构整体性能的要求，所以必须进行整机的模态分析，高速压力机主要由横梁、底座、工作台、工作机构和平衡机构部分组成，其结构较复杂，尺寸较大，为了方便分析计算，在建模前还需对[4]其进行一些合理的简化，这样既可以减少工作量，提高工作效率，又不失精度，所以对其做如下简化：（1）忽略一些尺寸较小且不作为主要承力部件以及不会影响机床整体强度和刚度的部位，如螺纹孔、线路孔等；（2）将部分离应力集中区域较远的圆弧过渡简化为直角

7、，而且一些在工艺上需要的倒角、拔模斜度等都不考虑。通过通用的数据接口将模型导入到ANSYS软件中进行网格划分。ANSYS中提供了多种接口，最常用的传输格式是IGES和Parasolid。Parasolid格式可以提供精确地几何边界表达，从而实现数据的无缝传送；而以IGES导入ANSYS的方法，在转换过程中会丢失图形信息，另外，修补缺损信息也会花费大量时间，如果导入[5]的是装配体，则会导致装配关系混乱，模型丢失等，所以使用Parasolid格式进行数据转换，这样可以大大提高导入ANSYS的效率和准确度。2.2单元类型的选择及网格划分由于结构的复杂性，为

8、了能反映结构的实际情况，网格划分时选用三维实体单元。ANSYS单元类型中，三维实体单元有四面体