基于ANSYS的大型全回轉架梁起重機結構模態分析

衢州職業技術學院機電工程學院 周建鋒 張新星

基于ANSYS的大型全回轉架梁起重機結構模態分析

衢州職業技術學院機電工程學院 周建鋒 張新星

利用模態分析確定結構的固有頻率和相應振型，為結構設計提供依據，避免在動力載荷作用下發生共振現象，提高結構系統的振動性能。本文通過與類似起重機的模態分析數據進行比較，前十階模態的振型中很大比例是在水平面內彎振，結果與實際情況一致。

ANSYS；全回轉架梁；模態分析

1 引言

對于大型機械的結構而言，利用實驗模態分析法(EMA)求解固有特性需要進行大量試驗，時間與成本太高。但是，在有實驗條件的情況下，計算模態分析可以在機械制后執行。本文基于ANSYS對全回轉架梁起重機有限元模型進行計算模態分析，了解到在機械設計時避開外激振力的頻率，可以避免發生共振，從而減小振動幅值。將計算和實驗模態分析相結合，會取得更好的實驗結果。

2 模態分析理論

2.1 振動基本方程的建立

根據各節點處的位移協調條件和平衡條件，建立剛度方程：

2.2 固有頻率和振型分析

矩陣[K]和矩陣[M]都為n階方陣，n是自由度數目，ω 是固有頻率，根據式（6）確定各節點振幅 ｛X0｝，即結構的振型。

2.3 約束處理

將四個滑靴底部對應節點與位移固定，釋放這些節點ROTx，ROTy，ROTz方向自由度。人字架底部與轉臺上部、臂架底部與轉臺前部之間均可相對轉動，故釋放該絞點處的ROTz自由度。

3 模態分析計算

本文在求解模態過程中發現，影響機構性能的頻率集中在前幾階。因此，選取前10階有效的固有頻率分析，分析結果見表1所示。

表1 前10階模態分析數據

表1數據顯示，當外部激擾的頻率接近表中數值且其振動方向與對應振型吻合時，可能會產生較大振幅及變形，并且機械結構容易受到破壞。

4 結論

由于條件所限，本模態分析沒有經過試驗驗證，但是通過與類似起重機的模態分析數據進行比較，通過改變結構的尺寸進行結構動力學優化來改變整機在該振型上的頻率范圍從而降低振幅，也要在設計時仍按激勵頻率避開結構固有頻率理念來防止發生共振。本次模態分析的結果基本符合實際振動情況。

周建峰，1977年9月出生，男，漢族，浙江龍游人，工程師，主要從事CAD/CAM、農業機械、光機電一體化技術研究。基金項目：衢州市科技計劃項目(2013Y017)資助。