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基于UG的礦用振動(dòng)篩模態(tài)分析-上

 

摘 要: 用 UG 軟件對振動(dòng)篩結構件進(jìn)行建模,并對結構件進(jìn)行有限元模態(tài)分析。通過(guò)自由模態(tài)和工況模態(tài)分析,計算出在兩種模態(tài)下振動(dòng)篩結構件的固有頻率和振型,計算結果表明,振動(dòng)篩振動(dòng)電機的激振頻率遠小于振動(dòng)篩結構件在自由模態(tài)下和工況模態(tài)下的最小固有頻率值,因此振動(dòng)篩結構件不會(huì )發(fā)生共振現象,該研究結果可供振動(dòng)篩結構件設計時(shí)參考。
 

引言
用于熱熔斷體鼓簧分選和安裝的振動(dòng)篩是熱熔斷體自動(dòng)裝配線(xiàn)中的重要設備之一。如圖 1 所示,振動(dòng)篩通過(guò)螺栓固定于 U 型座上,U 型座由彈簧固定軸連接于支架上,U 型座與支架之間安裝有四只減振彈簧,安裝于 U 型座底面的振動(dòng)電機產(chǎn)生交變激振力使振動(dòng)篩實(shí)現振動(dòng),以保證鼓簧通過(guò)振動(dòng)篩篩孔裝入熱熔斷體鋁殼內。

圖 1 熱熔斷體鼓簧礦用振動(dòng)篩
 

熱熔斷體鼓簧礦用振動(dòng)篩機

  1一振動(dòng)篩2一支架3-L型座4一彈簧固定軸
5一平墊片6一彈簧墊片7-螺母8-減振彈簧9-振動(dòng)電機
    10一平墊片11一彈簧墊片12-螺栓12一連接螺栓

  從振動(dòng)篩的實(shí)際工況可知,振動(dòng)篩在交變載荷作用下易發(fā)生疲勞失效,通常振動(dòng)篩的設計是建立在經(jīng)驗和簡(jiǎn)單的強度計算上的,而運行中的振動(dòng)篩發(fā)生振動(dòng)現象常常是無(wú)法避免的,劇烈的振動(dòng)不僅會(huì )造成振動(dòng)篩發(fā)生共振或疲勞破壞,還會(huì )產(chǎn)生高頻的噪聲,因此對振動(dòng)篩振動(dòng)的研究與控制不僅可以延長(cháng)振動(dòng)篩的壽命,也可以保證操作人員的身心健康。
  模態(tài)分析是對振動(dòng)進(jìn)行有效控制的手段之一。為了避免振動(dòng)篩發(fā)生共振、噪聲過(guò)大等不良現象,以保證振動(dòng)篩安全可靠運行,對振動(dòng)篩振動(dòng)的固有頻率、振型及動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究具有重要的現實(shí)意義。通過(guò)對振動(dòng)篩的模態(tài)頻率及振型分析可以預測振動(dòng)篩發(fā)生相互影響的可能性,從而通過(guò)結構的合理設計避開(kāi)共振頻率。本文采用 UG 軟件建立振動(dòng)篩結構件三維立體模型,然后利用UG 自帶的有限元分析模塊對振動(dòng)篩進(jìn)行結構模態(tài)分析。

1 振動(dòng)篩有限元模型的建立


   模型材料為 Q235,用 UG 庫材料 Steel-Rolled 代替,該材料楊氏模量 E=206×103N / mm2,泊松比 NUXY=0. 3,密度 ρ=7. 85×103kg / m3,屈服強度為 235MPa,極限抗拉強度為340 MPa。為了確保網(wǎng)格劃分的精確性,對建立的模型進(jìn)行一定程度的簡(jiǎn)化,略去所有的螺釘孔和螺釘以及固定用的螺栓,忽略所有圓角、倒角、內螺紋及振動(dòng)篩側面固定孔。這樣可在保持計算精度的同時(shí),極大減少單元數量,以提高計算速度。在進(jìn)行三維實(shí)體單元網(wǎng)格劃分時(shí),對 U 型座采用 3D 四面體網(wǎng)格劃分,單元類(lèi)型為CTETRA( 10) ,單元大小為 15mm,模型共計 17003 個(gè)節點(diǎn),9034 個(gè)單元; 對振動(dòng)篩也采用 3D 四面體網(wǎng)格劃分,單元類(lèi)型為 CTETRA( 10) ,單元大小為 5mm,模型共計165136 個(gè)節點(diǎn),87183 個(gè)單元。圖 2 為振動(dòng)篩及 U 型座有限元模型。

振動(dòng)篩及 U 型座有限元模型

圖2為  振動(dòng)篩及 U 型座有限元模型
 

2 振動(dòng)篩自由模態(tài)分析

  在振動(dòng)篩的設計過(guò)程中,必須對其振動(dòng)現象作研究。由于振動(dòng)會(huì )造成結構的共振或疲勞,從而破壞結構,因此了解結構本身具有的剛度特性即結構的固有頻率和振型,就可避免在使用中因共振因素造成的不必要的損失。模態(tài)分析主要用于確定結構的振動(dòng)特性,比如固有頻率和對應的各階振型,它們是結構承受動(dòng)載荷的重要參數,也是其他各類(lèi)動(dòng)力學(xué)分析的基礎,因此對振動(dòng)篩進(jìn)行模態(tài)分析是很有必要的。

  工程中的結構模態(tài)分析包括自由模態(tài)和工況模態(tài)兩種類(lèi)型。自由模態(tài)分析是在較少考慮各種邊界約束條件下,所得到的結構件固有特性,因而,采用自由模態(tài)結構分析得到的結果和結論更有利于后續的對比分析和模型修正。更為重要的一點(diǎn)是自由模態(tài)分析可以實(shí)現理論計算與試驗分析及工況模態(tài)分析的對比,驗證有限元模型的精度,為有限元模型的進(jìn)一步修正提供有力的參考,從而在修正的模型之上進(jìn)一步進(jìn)行結構優(yōu)化設計和動(dòng)態(tài)響應分析等。在理論與實(shí)踐中均發(fā)現,結構的低階模態(tài)對結構的振動(dòng)影響較大,在進(jìn)行結構模態(tài)分析時(shí),常常只需要知道前幾階固有頻率和振型,而不必求出全部固有頻率和振型,因此在本次計算中只提取了振動(dòng)篩的前 10 階模態(tài)。

  用 UG 進(jìn)行自由模態(tài)分析時(shí),解算方案類(lèi)型設為 SE-MODES103,U 型座與支架之間設定為曲面 - 曲面膠合固定連接,在實(shí)數特征值抽取數據中選取 Lanczos 法選項,希望的模式數設定為 10 階。計算結果如表 1 和圖 3-6 所示,從表 1 可知,振動(dòng)篩結構件第 7 階到第 10 階的固有頻率為 646. 4Hz 到 887. 9Hz,呈逐步上升趨勢,振動(dòng)篩及 U型座前 6 階固有頻率接近 0,自由模態(tài)振型為剛性體沿 x、y、z 方向的平動(dòng)和繞 x、y、z 軸的轉動(dòng),故不做分析,因此真正意義上的模態(tài)應該是從第 7 階開(kāi)始的模態(tài)。

基于UG的礦用振動(dòng)篩模態(tài)分析-上基于UG的礦用振動(dòng)篩模態(tài)分析-上

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圖3-6  自由模態(tài)位移云圖

圖 3 -6為振動(dòng)篩結構件第 7 階到第 10 階自由模態(tài)位移云圖。從圖 3-6可知,振動(dòng)篩結構件第 7 階振型以 z 向振動(dòng)為主,振動(dòng)篩篩底振幅較大,最大振幅為 2. 397mm; 第 8 階振型為 x、z向振動(dòng),振動(dòng)篩結構件 x 方向振幅為 0. 4949mm; 第 9 階是扭轉振動(dòng),最大振幅發(fā)生在 U 型架側壁; 第 10 階為 z向振動(dòng),其振幅為 2. 28 mm。

表 1 振動(dòng)篩及 U 型座自由模態(tài)固有頻率及振型
振動(dòng)篩及 U 型座自由模態(tài)固有頻率及振型圖

第一點(diǎn)和第二點(diǎn)的內容已完!下一章繼續談到第三點(diǎn)3 振動(dòng)篩工況模態(tài)分析
——基于UG 的礦用振動(dòng)篩模態(tài)分析-下

 

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