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試驗台台麵的固有頻率及有限元分析

發布於:2021-01-02 13:23
有限元分析

       本文基於對衝擊試驗台台麵的固有頻率及動力強度的有限元分析,擬通過建立起台麵的有限元模型,運用模態實驗和有限元計算,識別出台麵的振型、固有頻率,為衝擊試驗台台麵基於有限元模擬設計提供一定的依據。
       首先,對已有台麵樣機進行了試驗模態測量,分析其結構的動態特性,為進一步改進提供依據。緩衝墊提供脈寬為6 ms到20 ms的半正弦衝擊力,衝擊速度為3.5 m/s,提供的加速度從5 g到100 g不等。脈衝力含有不同的頻率成分,因此需要對台麵進行模態分析,檢驗台麵和脈衝力的頻率成分,如果頻率耦合程度強,則需要修正台麵結構設計。
       對本衝擊試驗係統而言,最惡劣的環境條件為D=6 ms。當D=6 ms時,要保證工作台麵產生的波形不失真,工作台麵的固有周期應小於0.0006 s,工作台麵的固有頻率應大於1 667 Hz。要保證波形失真小於10%,工作台麵的固有周期應小於0.0027 s,工作台麵的固有頻率應大於370 Hz。實際應用中,要保證工作台麵的固有頻率大於1667 Hz是十分困難的,因此隻要保證工作台麵的固有頻率大於370 Hz,在工程應用中可以滿足需求。台麵受到衝擊時,近似自由邊界條件,因此計算時采用自由邊界條件。
       台麵結構主要由上下平板和橫縱肋板構成,結構複雜,按照設計圖紙,采用Pro/E準確建立模型後,導入有限元通用計算軟件ANSYS進行計算。
       結構網格模型及坐標,單元選用solid45,共劃分成20306個節點,83521個單元。圖1為台麵有限元模型。
       脈寬為6 ms的衝擊激勵包括的主要頻率成分都遠離台麵的固有頻率成分,滿足衝擊試驗要求。這對進行瞬態動力響應求解,動強度校核也是有利的,說明結構設計是比較合理的。台麵的一階固有頻率為442.39 Hz,遠大於保證波形失真小於10%的台麵最小頻率370 Hz,可滿足波形失真要求。
       台麵承受衝擊響應,主要進行動強度校核。但靜強度分析對動強度分析也具有參考作用。動強度校核按最不利設計要求的100個重力加速度,最大負載3噸作用下校核。動強度校核方法,結構自重1噸,負載通過螺釘與台麵連接,在短暫的碰撞過程中,認為負載通過螺釘對台麵的衝擊為最危險情況,緩衝器近似認為台麵的約束條件,進行瞬態動力學分析。
       靜強度分析
       縱邊方向導杆約束,3噸負載作用在台麵中心時強度校核,按四個螺釘、四個集中力處理從表2看出,在非衝擊狀態下,應力值遠遠小於許用應力值175 Mp(2)動強度校核台麵結構有許多肋板加強結構承載能力,在相同負載情況下,螺釘布置應均勻分布,充分利用肋板的加強作用,這樣能夠承受更大的衝擊載荷。碰撞過程中,負載台麵接觸位置,麵積的大小直接確定著瞬態分析過程中載荷施加的方式與大小,對結構強度校核具有重要意義。衝擊力大小可近似按有效接觸麵積均布。衝擊過程的脈衝力時程曲線按脈寬為6 ms的半正弦波如圖描述,衝擊力幅值按負載獲得100 g加速度的慣性力施加。


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