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

2、振型下的结构性能进行了分析，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

3、全、可靠的目的。模态分析技术解决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，[

4、C]是机构总阻尼矩阵，[K]是机构总刚度矩阵，，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

5、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

6、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，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

7、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，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

8、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