| 标题 | 梭式皮带布料机预应力模态及谐响应分析 |
| 范文 | 廖湘辉等 摘要：梭式皮带布料机作为一种新型混凝土浇筑机械，在水电工程施工等领域已被广泛应用。利用有限元软件ANSYS建立梭式皮带布料机的整体有限元模型，通过模拟正常工况，进行预应力模态分析及谐响应分析，获得前8阶固有频率，并发现第2阶模态频率对其动态性能影响最大。因此，提取第2阶模态频率作为多目标优化设计的其中一个目标函数，为布料机结构的后续优化设计奠定基础。 关键词：梭式皮带布料机；ANSYS；预应力模态分析；固有频率；谐响应分析；共振 中图分类号：TH222；TV539 文献标志码：A 文章编号： 16721683（2014）05005004 Prestressed modal study and harmonic analysis of shuttletype belt conveyer LIAO Xianghui1，ZHAO Chu1，CHEN Wenchen2 （1.College of Mechanical & Power Engineering of China Three Gorges University，Yichang 443002，China 2.Hangzhou State Power Machinery Research & Design Institute，Hangzhou 310030，China） Abstract：The shuttletype belt conveyer，as a new type of concrete machine，has been widely used in the pouring hydropower construction and other fields.The finite element model for analyzing the overall structure of shuttletype belt conveyer was established using ANSYS.The load the shuttletype belt conveyer suffered under the normal conditions was simulated，and the prestressed modal study and harmonic analysis were performed.The natural frequencies for the first 8order modals were obtained，and the second modal frequency had the greatest impact on the dynamic performance of shuttletype belt conveyer.Therefore，the second modal frequency was extracted as an objective function in the multiobjective optimization design，which can lay the foundation for the subsequent optimization design of shuttle type belt conveyer structure. Key words：shuttletype belt conveyer；ANSYS；prestressed modal study；natural frequency；harmonic analysis；resonance 混凝土布料机是水利水电工程施工领域重要的施工机械，是一种载荷复杂的机械设备。当布料机工作时，由于驱动滚筒频繁地正反转，容易产生整体或局部动态交变应力，从而导致型钢结构产生疲劳破坏。同时，不同频率的外界激励可能引起布料机的共振，导致布料机整体结构的损伤与破坏，危及施工人员的生命安全。因此，有必要对布料机结构进行工作状态下的预应力模态分析和谐响应分析，为布料机结构的强度和刚度设计以及其它动力学设计提供一定的依据[12]。 本文以葛洲坝集团设计的梭式皮带布料机为研究对象，进行正常工况下的预应力模态分析和谐响应分析，研究布料机在工作状态时的固有频率，以及不同频率的外界激励对其振动的影响，提取对其振动影响最大的模态频率作为多目标优化的目标函数之一，为布料机结构的后续优化设计奠定基础6 结论 本文以葛洲坝梭式皮带布料机为研究对象，利用ANSYS软件建立其整体有限元简化模型，先后对其进行了静力分析、预应力模态分析和谐响应分析，并对后续优化设计做了简要介绍。得到了以下主要结论。 （1）由静力学分析可知，正常工况下布料机的整体受力情况较好，变形量满足混凝土输送施工的要求，应力强度有较大盈余量。 （2）由预应力模态分析可知，在正常工况下，布料机结构的前八阶固有频率在04～60 Hz范围内。为保证安全，应尽量避免让布料机受到激振频率在此范围之内的外界激励。 （3）由谐响应分析可知，在不同激振频率的动载荷作用下，1656号节点在三个方向上的位移响应不同，但最大峰值均出现在第2阶模态频率（f=09727 Hz）处，所以第2阶模[JP2]态频率最容易引起布料机的共振，对布料机结构的动态性能影响最大。故可提取第2阶模态频率作为多目标优化的目标函数之一，这为布料机的后续优化设计提供了宝贵的信息。[JP] 参考文献（References）： [1] 廖湘辉，陈大伟，余建，等.南水北调丹江口加高工程施工栈桥结构模态分析[J].南水北调与水利科技，2013（6）：1114.（LIAO Xianghui，CHEN Dawei，YU Jian，et al.Modal analysis of construction trestle structure of Danjiangkou heightening project in the SouthtoNorth water diversion project [J].SouthtoNorth Water Transfers and Water Science & Technology，2013（6） ：1114.（in Chinese）） [2] 廖湘辉，丁明，韦仕龙，等.三峡升船机纵导向升降施工平台模态分析[J].水力发电，2013（10）：4345.（LIAO Xianghui，DING Ming，WEI Shilong，et al.Modal study of vertical orientation lifting construction platform for three gorges ship lift [J].Water Power，2013（10）：3840.（in Chinese）） [3] 廖湘辉，杨悬，刘欢，等.基于ANSYS的梭式皮带布料机结构分析及改进建议[J].水利发电，2012，38（12）：3840.（LIAO Xianghui，YANG Xuan，LIU Huan，et al.Analysis and improvement on structure of shuttletype belt conveyor based on ANSYS [J].Water Power，2012，38（12）：3840.（in Chinese）） [4] 付建科，徐亮，卢泽明，等.葛洲坝二江电站小机组排沙底孔工作门有限元分析[J].三峡大学学：报自然科学版，2011（4）：2931.（FU Jianke，XU Liang，LU Zemin，et al.Finite element analysis of sediment bottom sluice gate of Gezhouba Erjiang power plant [J].Journal of China Three Gorges University：Natural Sciences，2011（4）：2931.（in Chinese）） [5] 刘昌领，罗晓兰.基于ANSYS的六缸压缩机连杆模态分析及谐响应分析[J].机械设计与制造，2013（3）：2629.（LIU Changling，LUO Xiaolan.The Modal and Harmonic Response Analysis of Connection Rod of a Six Cylinders Compressor by ANSYS [J].Machinery Design & Manufacture，2013（3）：2629.（in Chinese）） [6] 张质文，虞和谦，王金诺，等.起重机设计手册[M]，中国铁道出版社，1998. [7] 李慧林，周兵兵，刘倩，等.载重货车驱动桥壳谐应分析[J].机械设计与制造，2013（9）：101103.（LI Huilin，ZHOU Bingbing，LIU Qian，et al.Harmonic response analysis for heavyduty lorry drive axle housing [J].Machinery Design & Manufacture，2013（9）：101103.（in Chinese）） [8] 章魏，刘俊华.干河泵站地下厂房谐响应分析[J].人民长江，2013（6）：2123.（ZHANG Wei，LIU Junhua.Harmonic response analysis of underground powerhouse of Ganhe Pumping Station in Yunnan Province [J].Yangtze River，2013（6）2123.（in Chinese）） [9] 季彬彬，张森，杨玉萍，等.GMF3022 龙门加工中心横梁的模态及谐响应分析[J].组合机床与自动化加工技术，2013（10）：3638.（JI Binbin，ZHANG Sen，YANG Yuping et al.Modal and harmonic analysis of GMF3022 gantry machining center crossbeam [J].Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique，2013（10）：3638.（in Chinese））[ZK）] [10] [ZK（#]陈剑，姚新刚，沈振中.洮河峡城水电站圆筒式机墩的谐响应分析[J].南水北调与水利科技，2008（2）：8486.（CHEN Jian，YAO Xingang，SHEN Zhenzhong.Harmonic analysis on the columnar pier base of the Xiacheng hydropower plant on Taohe River [J].SouthtoNorth Water Transfers and Water Science & Technology，2008（2） 8486.（in Chinese）） [11] 张志刚，马光文.基于NSGAⅡ算法的多目标水火电站群优化调度模型研究[J].水力发电学报，2010，29（1）：213218.（ZHANG Zhigang，MA Guangwen.Study on optimal scheduling model of NSGAII algorithm for system of hydro and thermal power plants [J].Journal of Hydroelectric Engineering，2010，29（1）：213218.（in Chinese）） [2] 廖湘辉，丁明，韦仕龙，等.三峡升船机纵导向升降施工平台模态分析[J].水力发电，2013（10）：4345.（LIAO Xianghui，DING Ming，WEI Shilong，et al.Modal study of vertical orientation lifting construction platform for three gorges ship lift [J].Water Power，2013（10）：3840.（in Chinese）） [3] 廖湘辉，杨悬，刘欢，等.基于ANSYS的梭式皮带布料机结构分析及改进建议[J].水利发电，2012，38（12）：3840.（LIAO Xianghui，YANG Xuan，LIU Huan，et al.Analysis and improvement on structure of shuttletype belt conveyor based on ANSYS [J].Water Power，2012，38（12）：3840.（in Chinese）） [4] 付建科，徐亮，卢泽明，等.葛洲坝二江电站小机组排沙底孔工作门有限元分析[J].三峡大学学：报自然科学版，2011（4）：2931.（FU Jianke，XU Liang，LU Zemin，et al.Finite element analysis of sediment bottom sluice gate of Gezhouba Erjiang power plant [J].Journal of China Three Gorges University：Natural Sciences，2011（4）：2931.（in Chinese）） [5] 刘昌领，罗晓兰.基于ANSYS的六缸压缩机连杆模态分析及谐响应分析[J].机械设计与制造，2013（3）：2629.（LIU Changling，LUO Xiaolan.The Modal and Harmonic Response Analysis of Connection Rod of a Six Cylinders Compressor by ANSYS [J].Machinery Design & Manufacture，2013（3）：2629.（in Chinese）） [6] 张质文，虞和谦，王金诺，等.起重机设计手册[M]，中国铁道出版社，1998. [7] 李慧林，周兵兵，刘倩，等.载重货车驱动桥壳谐应分析[J].机械设计与制造，2013（9）：101103.（LI Huilin，ZHOU Bingbing，LIU Qian，et al.Harmonic response analysis for heavyduty lorry drive axle housing [J].Machinery Design & Manufacture，2013（9）：101103.（in Chinese）） [8] 章魏，刘俊华.干河泵站地下厂房谐响应分析[J].人民长江，2013（6）：2123.（ZHANG Wei，LIU Junhua.Harmonic response analysis of underground powerhouse of Ganhe Pumping Station in Yunnan Province [J].Yangtze River，2013（6）2123.（in Chinese）） [9] 季彬彬，张森，杨玉萍，等.GMF3022 龙门加工中心横梁的模态及谐响应分析[J].组合机床与自动化加工技术，2013（10）：3638.（JI Binbin，ZHANG Sen，YANG Yuping et al.Modal and harmonic analysis of GMF3022 gantry machining center crossbeam [J].Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique，2013（10）：3638.（in Chinese））[ZK）] [10] [ZK（#]陈剑，姚新刚，沈振中.洮河峡城水电站圆筒式机墩的谐响应分析[J].南水北调与水利科技，2008（2）：8486.（CHEN Jian，YAO Xingang，SHEN Zhenzhong.Harmonic analysis on the columnar pier base of the Xiacheng hydropower plant on Taohe River [J].SouthtoNorth Water Transfers and Water Science & Technology，2008（2） 8486.（in Chinese）） [11] 张志刚，马光文.基于NSGAⅡ算法的多目标水火电站群优化调度模型研究[J].水力发电学报，2010，29（1）：213218.（ZHANG Zhigang，MA Guangwen.Study on optimal scheduling model of NSGAII algorithm for system of hydro and thermal power plants [J].Journal of Hydroelectric Engineering，2010，29（1）：213218.（in Chinese）） [2] 廖湘辉，丁明，韦仕龙，等.三峡升船机纵导向升降施工平台模态分析[J].水力发电，2013（10）：4345.（LIAO Xianghui，DING Ming，WEI Shilong，et al.Modal study of vertical orientation lifting construction platform for three gorges ship lift [J].Water Power，2013（10）：3840.（in Chinese）） [3] 廖湘辉，杨悬，刘欢，等.基于ANSYS的梭式皮带布料机结构分析及改进建议[J].水利发电，2012，38（12）：3840.（LIAO Xianghui，YANG Xuan，LIU Huan，et al.Analysis and improvement on structure of shuttletype belt conveyor based on ANSYS [J].Water Power，2012，38（12）：3840.（in Chinese）） [4] 付建科，徐亮，卢泽明，等.葛洲坝二江电站小机组排沙底孔工作门有限元分析[J].三峡大学学：报自然科学版，2011（4）：2931.（FU Jianke，XU Liang，LU Zemin，et al.Finite element analysis of sediment bottom sluice gate of Gezhouba Erjiang power plant [J].Journal of China Three Gorges University：Natural Sciences，2011（4）：2931.（in Chinese）） [5] 刘昌领，罗晓兰.基于ANSYS的六缸压缩机连杆模态分析及谐响应分析[J].机械设计与制造，2013（3）：2629.（LIU Changling，LUO Xiaolan.The Modal and Harmonic Response Analysis of Connection Rod of a Six Cylinders Compressor by ANSYS [J].Machinery Design & Manufacture，2013（3）：2629.（in Chinese）） [6] 张质文，虞和谦，王金诺，等.起重机设计手册[M]，中国铁道出版社，1998. [7] 李慧林，周兵兵，刘倩，等.载重货车驱动桥壳谐应分析[J].机械设计与制造，2013（9）：101103.（LI Huilin，ZHOU Bingbing，LIU Qian，et al.Harmonic response analysis for heavyduty lorry drive axle housing [J].Machinery Design & Manufacture，2013（9）：101103.（in Chinese）） [8] 章魏，刘俊华.干河泵站地下厂房谐响应分析[J].人民长江，2013（6）：2123.（ZHANG Wei，LIU Junhua.Harmonic response analysis of underground powerhouse of Ganhe Pumping Station in Yunnan Province [J].Yangtze River，2013（6）2123.（in Chinese）） [9] 季彬彬，张森，杨玉萍，等.GMF3022 龙门加工中心横梁的模态及谐响应分析[J].组合机床与自动化加工技术，2013（10）：3638.（JI Binbin，ZHANG Sen，YANG Yuping et al.Modal and harmonic analysis of GMF3022 gantry machining center crossbeam [J].Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique，2013（10）：3638.（in Chinese））[ZK）] [10] [ZK（#]陈剑，姚新刚，沈振中.洮河峡城水电站圆筒式机墩的谐响应分析[J].南水北调与水利科技，2008（2）：8486.（CHEN Jian，YAO Xingang，SHEN Zhenzhong.Harmonic analysis on the columnar pier base of the Xiacheng hydropower plant on Taohe River [J].SouthtoNorth Water Transfers and Water Science & Technology，2008（2） 8486.（in Chinese）） [11] 张志刚，马光文.基于NSGAⅡ算法的多目标水火电站群优化调度模型研究[J].水力发电学报，2010，29（1）：213218.（ZHANG Zhigang，MA Guangwen.Study on optimal scheduling model of NSGAII algorithm for system of hydro and thermal power plants [J].Journal of Hydroelectric Engineering，2010，29（1）：213218.（in Chinese）） |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。