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畢業(yè)論文-基于ansys對三肢式塔架結(jié)構(gòu)進行力學分析-文庫吧資料

2025-01-22 18:21本頁面
  

【正文】 用命令輸入整個優(yōu)化文件并 通過批處理方式優(yōu)化。 ANSYS 還提供了一系列的優(yōu)化工具以提高優(yōu)化過程的效率,例如可以指定隨機優(yōu)化分析的迭代次數(shù),隨機計算結(jié)果的初始值可以作為優(yōu)化過程的起點數(shù)值。即分析初始設(shè)計,基于設(shè)計要求評估分析結(jié)果,然后修正設(shè)計。 ANSYS 提供兩種可處理絕大多數(shù)優(yōu)化問題的優(yōu)化方法,其中零階方法是一個完善的處理方法,可有效地處理大多數(shù)的工程問題;一階方法基于目標函數(shù)對設(shè)計變量的敏感程度,因此更適合于精確的優(yōu)化分析。設(shè)計方案的 任何方面都是可以優(yōu)化的,如尺寸(如厚度)、形狀(如過渡圓角的大?。⒅挝恢?、制造費用、自然頻率、以及材料特性等。 因此,由以上分析可知,進行模態(tài)分析時主要考慮的就是其一階和二階固有頻率。 22 圖 四階模態(tài)圖 對于四階模態(tài)分析圖,可知它的振動是在 Y 軸方向進行上下振動,由四階模態(tài)圖知其頻率為 Hzf ? 。 圖 二階模態(tài)圖 21 對于二階模態(tài)分析圖,可知它的振動是在平行于 YZ 的 平面內(nèi)振動,由二階模態(tài)圖知其頻率為 Hzf ? 。 19 圖 應力圖 如圖 所示,塔架的最大應力值是 。 施加約束、受力與求解 塔架所受的主要約束和荷載 圖 施加約束和受力 如圖 所示,分別在 3 號關(guān)鍵點施加約束,施加全約束;在 5 號關(guān)鍵點施加沿 Y 軸正方向的力,其值為 N 。對所有四面體組成的面或體網(wǎng)格可用 NREFINE、EREFINE、 LREFINE、 AREFINE 或 Main Menu\Proprocessor\MeshingModify Mesh\Refine Atentity type 命令進行局部網(wǎng)格細化; 17 ( 3) 執(zhí)行一個認為是合理網(wǎng)格劃分的初始分析,然后在危險區(qū)域利用兩倍多網(wǎng)格重新分析并比較結(jié)果。 為合理劃分有限元分析中的網(wǎng)格,可利用一下技術(shù)。 16 圖 劃分網(wǎng)格 選擇單元類型,設(shè)置單元尺寸,分別采用自定義和自由劃分網(wǎng)格兩種形式,生成有限元網(wǎng)格。 15 第三章 利用 ANSYS 軟件進行對塔架結(jié)構(gòu)的建模與求解 有限元模型的建立 圖 完成建模 此模型塔架采用: Beam 3D elastic 4 單元,此單元截面分別是: 6mm6mm和 6mm2mm 的矩形截面; 發(fā)電機模型采用: Solid Brick 8node 45 單元,此發(fā)電機模型結(jié)構(gòu)是: 150mm150mm 的鋼制三棱 柱。如果通過模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)各階主 要模態(tài)的特性,就可能預言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下實際振動響應。通常,模態(tài)分析都是指試驗模態(tài)分析。這些模態(tài)參數(shù)可以由計算或試驗分析取得,這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態(tài)分析。 模態(tài)分析的意義 模態(tài)分析技術(shù)從 20 世紀 60 年代后期發(fā)展至今已趨成熟 ,是研究結(jié)構(gòu)動力特性一 14 種近代方法,是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域中的應用 ,它和有限元分析技術(shù)一起成為結(jié)構(gòu)動力學的兩大支柱模態(tài)分析作為一種“逆問題”分析方法,是建立 在實驗基礎(chǔ)上的,采用實驗與理論相結(jié)合的方法來處理工程中的振動問題。方程( 212)的通解形式為: ? ?? ?? ?? ?? ???????????????????????????????????tAtAtAtAtAsinsinsinsinsin5544332211 ( 213) 那么: ? ???? ?? tAcos11? ( 214) ? ???? ?? tAsin12 ( 215) 同理: ? ?? t22? ( 216) ? ?? tsin222? ( 217) ? ???? ?tAcos33 ( 218) ? ????? ?? tAsin3? ( 219) ? ?? tcos44 ( 220) ? ?tsin42? ( 221) ? ????? ?tA55 ( 222) ? ???? ??? tAsin52? ( 223) 13 將 ()至 ()代入 (),可得特征方程 : 000000000000000000000000000000000543215555444433332222154321543212 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????AAAAAkkkkkkkkkkkkkkkkkAAAAAIIIII? ( 224) 可簡寫為 : 02 ??? KAMA? ( 225) 其中質(zhì)量矩陣 。對于五個自由度的矩陣系統(tǒng),將有五個固有頻率和五個固有振型。根據(jù)力矩平衡可得方程如下 : ? ?02121111 ???? ???? kk? ( 26) ? ?? ?032312222 ???? ???? kI ( 27) ?? ?043423333 ???? ( 28) ? 54534444?? kkI ( 29) ?045555 ????? ( 210) 將式( 26)至( 210)寫成矩陣形式: 12 ????????0????KM? ( 211) 00000000000000000000000000000000054321555544443333222215432154321????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????kkkkkkkkkkkkkkkkkIIIII?????????? ( 212) 上述矩陣方程中,質(zhì)量矩陣為對角振,剛度矩陣為對角陣。本設(shè)計將塔架劃分為五節(jié),其動力學簡化模型如圖 。進行歸一化以后,稱為主振型(模態(tài)振型、模態(tài)矢量或模態(tài)),即為固有振型,此時為實矢量??????? ?Tiiii 321 ???? ?? ? ?ni ?,2,1 將n個特征矢量??i按列排成nn*階陣可得系統(tǒng)的特征矢量矩陣 ? ?n??? ?21?此時特征矢量為模態(tài)矢量或模態(tài)矩陣,即為模態(tài)振型 ]4[ 。 多自由度模態(tài)分析理論 模態(tài)是機械結(jié)構(gòu)的固有振動特性,每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。而支持這個過程的除了激振拾振裝置、雙 通道 FFT 分析儀、臺式或便攜式計算機等硬件外,還要有一個完善的模態(tài)分析軟件包。由于結(jié)構(gòu)復雜,由許多自由度組成的振形也相當復雜,必須采用動畫的方法,將放大了的振形疊加到原始的幾何形狀上。 對于目前能夠進行的大多數(shù)不是十分復雜的結(jié)構(gòu),只要取得了可靠的頻響數(shù)據(jù),即使用較簡單的識別方法也可能獲得良好的模態(tài)參數(shù);反之,即使用最復雜的數(shù)學模型、最高級的擬合方法,如果頻響測量數(shù)據(jù)不可靠,則識別的結(jié)果一定不會理想。 參數(shù)識別 按識別域的不同可分為頻域法、時域法和混合域法,后者是指在時域識別復特征值,再回到頻域中識別振型,激勵方式不同( SISO、 SIMO、 MIMO),相應的參數(shù)識別方法也不盡相同。由于采用的識別方法不同,也分為頻域建模和時域建模。 建立結(jié)構(gòu)數(shù)學模型 根據(jù)已知條件,建立一種描述結(jié)構(gòu)狀態(tài)及特性的模型,作為計算及識別參數(shù)依據(jù)。 時 域或頻域信號處理。 SISO 方法要求同時高速采集輸入與輸出兩個點的信號,用不斷移動激勵點位置或響應點位置的辦法取得振形數(shù)據(jù)。以輸入力的信號特征還可分為正弦慢掃描、正弦快掃描、穩(wěn)態(tài)隨機(包括白噪聲、寬帶噪聲或偽隨機)、瞬態(tài)激勵(包括隨機脈沖激勵)等。激勵方法不同,相應識別方法也不同。在各種各樣的模態(tài)分析方法中,大致均可分為四個基本過程: 動態(tài)數(shù)據(jù)的采集及頻響函數(shù)或脈沖響應函數(shù)分析 激勵方法。 近十多年來,由于計算機技術(shù)、 FFT分析儀、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及振動傳感器、激勵器等技術(shù)的發(fā)展,試驗模態(tài)分析得到了很快的發(fā)展,受到了機械、電 9 力、建筑、水利、航空、航天等許多產(chǎn)業(yè)部門的高度重視。用模態(tài)分析理論通過對試驗導納函數(shù)的曲線擬合,識別出結(jié)構(gòu)物的模態(tài)參數(shù),從而建立起結(jié)構(gòu)物的模態(tài)模型。模態(tài)分析提供了研究各種實際結(jié)構(gòu)振動的一條有效途徑。共振的危害在于它使振幅變的特別大,假如超過物體的承受能力那物體就要 解裂了 ]4[ 。任何物體都有其固有的頻率,與剛度和質(zhì)量有關(guān),如果以相同頻率的外力激振會產(chǎn)生共振。 當結(jié)構(gòu)受到某種外界干擾后會產(chǎn)生位移或速度,但外界干擾消失后結(jié)構(gòu)將在平衡位置附近繼續(xù)振動,這種振動稱為結(jié)構(gòu)的自由振動。模態(tài) 分析主要用于決定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型,這是結(jié)構(gòu)受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)。然而結(jié)構(gòu)本身具有某種程度的剛度,故其自然振動頻率及模態(tài)是機械設(shè)計必須了解的特性之一。 8 第二章 理論知識 振動力學相關(guān)知識 振動現(xiàn)象是機械結(jié)構(gòu)常遇到的問題之一。 7 模型以 150mm150mm 的鋼制三棱柱,等效為發(fā)電機的實體結(jié)構(gòu)。 塔身為主要結(jié)構(gòu):塔身高 800mm,該結(jié)構(gòu)水平截面為三角形,迎風面 為梯形,上底等邊三角形邊長為 150mm,下底等邊三角形邊長 300mm,該結(jié)構(gòu)由兩種截面( 6mm6mm, 6mm2mm)的木質(zhì)桿件組成。 該模型充分體現(xiàn)了“創(chuàng)新、輕巧、實用”的時代趨勢,且結(jié)構(gòu)嚴謹,材料得到充分的利用,較好地實現(xiàn)了承載能力合理發(fā)揮,材料消耗恰到好處的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則。由于綜合應用了剛性構(gòu)件抗彎抗壓剛度高,從而自立式塔架 結(jié)構(gòu)可以做到結(jié)構(gòu)自重相對較輕,體系的剛度和形狀穩(wěn)定性相對較好,承受荷載的能力比
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