基于ANSYS的大型全回转架梁起重机结构模态分析

衢州职业技术学院机电工程学院 周建锋 张新星

基于ANSYS的大型全回转架梁起重机结构模态分析

衢州职业技术学院机电工程学院 周建锋 张新星

利用模态分析确定结构的固有频率和相应振型，为结构设计提供依据，避免在动力载荷作用下发生共振现象，提高结构系统的振动性能。本文通过与类似起重机的模态分析数据进行比较，前十阶模态的振型中很大比例是在水平面内弯振，结果与实际情况一致。

ANSYS；全回转架梁；模态分析

1 引言

对于大型机械的结构而言，利用实验模态分析法(EMA)求解固有特性需要进行大量试验，时间与成本太高。但是，在有实验条件的情况下，计算模态分析可以在机械制后执行。本文基于ANSYS对全回转架梁起重机有限元模型进行计算模态分析，了解到在机械设计时避开外激振力的频率，可以避免发生共振，从而减小振动幅值。将计算和实验模态分析相结合，会取得更好的实验结果。

2 模态分析理论

2.1 振动基本方程的建立

根据各节点处的位移协调条件和平衡条件，建立刚度方程：

2.2 固有频率和振型分析

矩阵[K]和矩阵[M]都为n阶方阵，n是自由度数目，ω 是固有频率，根据式（6）确定各节点振幅 ｛X0｝，即结构的振型。

2.3 约束处理

将四个滑靴底部对应节点与位移固定，释放这些节点ROTx，ROTy，ROTz方向自由度。人字架底部与转台上部、臂架底部与转台前部之间均可相对转动，故释放该绞点处的ROTz自由度。

3 模态分析计算

本文在求解模态过程中发现，影响机构性能的频率集中在前几阶。因此，选取前10阶有效的固有频率分析，分析结果见表1所示。

表1 前10阶模态分析数据

表1数据显示，当外部激扰的频率接近表中数值且其振动方向与对应振型吻合时，可能会产生较大振幅及变形，并且机械结构容易受到破坏。

4 结论

由于条件所限，本模态分析没有经过试验验证，但是通过与类似起重机的模态分析数据进行比较，通过改变结构的尺寸进行结构动力学优化来改变整机在该振型上的频率范围从而降低振幅，也要在设计时仍按激励频率避开结构固有频率理念来防止发生共振。本次模态分析的结果基本符合实际振动情况。

周建峰，1977年9月出生，男，汉族，浙江龙游人，工程师，主要从事CAD/CAM、农业机械、光机电一体化技术研究。基金项目：衢州市科技计划项目(2013Y017)资助。