基于ANSYS圓盤類零件模態分析

摘 要：基體法蘭圓盤類零件在機器轉動過程中經常應用，且伴隨著一定的振動。本文利用ANSYS軟件對某機器的法蘭盤進行了模態分析，模態分析提供了研究各種實際結構振動的一條有效途徑，從而為以后應用過程中提供了依據。

關鍵詞：法蘭盤 ANSYS 模態分析

圓盤類零件是在機械傳動中經常用到的零件，主要是用來傳遞一定的轉矩。在使用此零件過程中，要注意其中的振動，不然會使傳遞的轉矩損失，對機器造成一定的破壞。ANSYS軟件是由美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(Finite Element Analysis，FEA)軟件，已廣泛應用于機器、建筑物、船舶等，其動力學分析中的模態分析直接對零件振動特性做出數據，經過分析，會避免由扭轉變形等帶來的不利影響，防止零件的斷裂。用ANSYS對其作出分析，能夠防止機器由于振動等帶來的不利影響。

一、法蘭盤的建模

法蘭盤的材料為Q235A，密度7.8×103kg／m3，泊松比為0.3，彈性模量145GPa。利用Solidworks軟件對法蘭盤進行建模，保存格式為Parasolid（*.x_t）類型，并導入ANSYS環境中。Solidworks建模如圖1所示。

二、網格的劃分

網格劃分采用智能網格劃分，定義單元類型為二十節點三維單元SOLID186，網格的大小為5，節點數11915，單元數7335。如圖2所示。

三、模態分析

模態求解，采用Block Lanczos法，設置提取模態和擴展模態的數目為15，設置頻率范圍為0至100000，邊界約束條件為零位移約束。分析結果如圖3和圖4所示。

圖3為總的應力圖。從圖中可知，在動態過程中，此零件旋轉的應力變化不大，主要是在孔的邊緣處，顯示應力集中的現象。在應用此零件時，主要是用必要的措施，減小孔的邊緣部位應力集中，防止由于應力集中而發生斷裂的現象。

圖4為總的振型圖。從圖中可知位移變化量比較大的區域集中在孔的兩側，發生了彎曲振動。在平時應用時應該注意頻率的大小，避免長時間在該頻率下工作，否則會由于振動而引起破壞失效。

綜上所述，有限元與ANSYS的結合，實現了圓盤類零件的參數化，由此為改進零件運轉提供了依據。在劃分網格過程中，要注意要刪除圓角，不然會對ANSYS分析有誤差。圓盤類零件的應力和位移圖由外而內逐漸增大。在使用此圓盤的時候，應該由此推斷：使用此零件在某個頻率范圍內，振動位移量最小，防止由于振動而發生斷裂。

參考文獻：

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（作者單位：河北省石家莊市高級技工學校）