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1、第10卷第5期2010年2月科学技术与工程Vol110No15Feb120101671-1815(2010)521221204ScienceTechnologyandEngineeringZ2010Sci1Tech1Engng1农业技术基于Hypermesh和ANSYS的拖拉机驾驶室模态分析3刘云蹇兴东(南京农业大学工学院,南京210031)摘要针对某拖拉机驾驶室的结构特点,以模态有限元的基本理论为依据,基于Hypermesh建立了某拖拉机驾驶室的有限元模型,应用有限元分析软件ANSYS计算得出了该拖拉机驾驶室的前10阶固
2、有频率及振型。分析了固有频率与激振频率的关系,从模态振型分析找出结构的薄弱环节,结果表明该驾驶室的顶部横梁和纵梁结构刚度需要进一步提高。该结论为今后拖拉机驾驶室的结构设计和改进提供了理论依据。关键词拖拉机驾驶室HypermeshANSYS模态分析中图法分类号S219.1;文献标志码A在影响驾乘者舒适性的诸多因素中,驾驶室的可以由计算或试验分析获得,这样的一个计算或试结构振动是主要因素之一。要减少振动及噪声的影验分析过程称为模态分析。振动模态是弹性机构固响,首先要了解驾驶室的动态特性,利用模态分析可有的、整体的特性。如果通过
3、模态分析掌握了结构以获得驾驶室结构的动态特性参数,一方面了解结在某一敏感频率范围内的主要模态特性,就可以预构的薄弱之处,另一方面在设计时应避开主要激励测结构在各种振源作用下实际振动响应。另外,模源频率,从总体上评价驾驶室的结构是否合理,为确态参数还可以用于(重)设计过程、系统动态特性的定合理的设计方案、恰当的改进措施提供参考依据。优化过程以及把该结构连接到其他结构上时所产生可见,模态分析通过分析驾驶室的动态特性,对研究的影响。因此,模态分析室结构动态设计及设备故[1]车内的振动与噪声具有重要意义。[2]障诊断的重要方法。一
4、个N自由度的振动系统的运动微分方程可以1模态分析理论写为:...[M]{x(t)}+[C]{x(t)}+[K]{x(t)}={f(t)}模态分析是研究结构动态特性的一种近似方(1)法,是系统识别方法在工程振动领域中的应用。模式(1)中,[M],[C],[K]分别是系统的质量矩阵、态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特阻尼矩阵和刚度矩阵;{f(t)}是激励向量;...定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数{x(t)},{x(t)},{x(t)}分别为位移向量、速度向量和加速度向量。2009年11月9日收到由于模态
5、是系统结构的固有特性,与外部的载第一作者简介:刘云(1984—),女,硕士研究生,研究方向:机械现荷条件无关,即f(t)=0,考虑到阻尼对结构的固有代设计理论与方法。E2mail:edith025@163.com。3通讯作者简介:蹇兴东(1954—),男,教授,研究方向:机械现代设频率和振型影响不大,因此略去阻尼项得到无阻尼计理论与方法。系统的自由振动方程©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.
6、cnki.net1222科学技术与工程10卷..[M]{x(t)}+[K]{x(t)}=0(2)分。主要采用板壳单元SHELL63和梁单元由于弹性体的自由振动总可以分解为一系列的BEAM188两种单元类型,单元基本尺寸定为20简谐振动的叠加,为了决定弹性体自由振动的固有mm,将整个拖拉机驾驶室离散为25262个单元,频率及相应的振型,假设简谐振动的方程为24947个节点。本文所得驾驶室的三维实体模型和jwt{x(t)}={X}e(3)有限元模型如图1和图2所示。式(3)中,{X}的元素代表各点的振幅。因此无阻尼模态分析的运
7、动方程为2{[K]-ω[M]}{X}={0}(4)此方程具有非零解的唯一条件是,其唯一阻抗2矩阵{Z}=[K]-ω[M]的行列式等于零,即:2
8、[K]-ω[M]
9、=0(5)[K]和[M]皆为正定矩阵时,将上式展开后,可2求得N个特征值ωr(r=1,2,3,⋯,N),其开方根ωr即为系统的固有频率,按大小顺序排列:ω1<ω2<⋯<ωN(6)分别称为1阶、2阶⋯⋯N阶固有频率。2将每个特征值ωr代入式(6),均可求得一个对应的特征向量{<}r,它满足:图1驾驶室的三维实体模型2([K]-ω[M]){<}r={0};r=1,2,
10、3,⋯,N(7)该向量即为系统的特征向量。特征向量也就是[3]所谓的模态,也称作振型。2拖拉机驾驶室的有限元模型有限元分析的背后是复杂的理论和数学方法,不过,现代商品化的软件已经使这一过程变得简单,它提供了这样一种可能:通过简单的设置,产品的数字模型能呈现出模型的所有特性。无论如何,使用有限元软件来分析
