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东森娱乐平台:基于模态分析的柜体框架优化设计

新闻来源:东森平台   发布日期:2019-06-13    作者:东森娱乐

介绍了电力电子设备的地震活动和常用的模态解决方法。重点利用ansys优化框架刚度的设计,最后证明有限元分析结合实验结果。 

关键词抗震;模态; ANSYS;有限元

电子动力设备在使用过程中会受到恶劣环境的影响。在振动环境中,由于振动和共振现象的疲劳效应,可能发生电性能下降,部件故障,疲劳损坏甚至损坏;特别适用于户外电子通讯设备。如果发生地震,如果能承受地震震动造成的破坏,就可以在防震和防灾方面发挥巨大作用。因此,严格追求户外电子动力设备的可靠性,并且它具有抵抗振动和冲击的能力。在新产品的设计和开发中,模态分析技术通常用于估计结构动态特性并优化设计。该过程采用系统的固有振动特性,然后在给定的使用或振动环境中对其进行评估,并根据结果对其进行优化。 

1种常见的模态分析方法

1.1理论解决方法

理论解决方案是传统解决方案。对于一些理想的简单弹性振动,可以使用模态分析理论获得精确的解决方案。特别是,可以容易地解决可以简化为单个自由度的振动系统。对于多自由度系统,特别是当系统结构复杂且不能理想化时,其质量矩阵和刚度矩阵不能通过简单的理论计算得到,并且不能用理论方法求解。 

1.2试验方法

测试方法是获得系统固有特性的最直接方法。测试装置包括振动台,信号发生器,传感器,信号采集系统,频谱分析仪等。由于它需要物理原型,至少该模型与相应的测试设备相结合,周期长,而且普通项目难以使用高人力,物力和其他资源。 

1.3有限元法

有限元方法本质上是一种近似机械模型的数值计算方法。连续体结构系统本身之间没有自然的联系。有必要人为地划分边界内部和边界上的节点,并以切片(单位)的形式形成连续的复杂几何形状。线性有限元法是利用势能变化和分割近似原理求解线弹性力学问题的一种数值方法。首先将连续弹性体分为节点上连接的单元组合,然后将节点的位移作为基本未知量,分别选取各单元中的位移函数,并根据线弹性力学的几何方程,构造方程式和虚拟工作。方程或势能变分方程,建立和求解位移线性代数方程,并将无限自由度问题转化为有限自由度问题。随着有限元方法的快速发展,许多有限元方法应用,如ansys,i-deas,adamas等,纷纷出现。其中,anasys是大学和工程界常用的分析软件。 2模态分析实例

室外通信机柜(图1)的骨架由图2所示部分的杆焊接,图3所示的安装定位孔沿杆分布。通信单元安装在机柜内部,可以在地震多发的环境中使用,设备在地震期间和之后应该正常运行。 

根据iec防灾规范,地震的振动频率主要集中在0.1~35hz。为了避免共振造成的损坏,系统的固有振动频率应尽可能高,特别是避免地震能量浓度为0.1~6hz的低频范围。下面介绍如何使用ansys解决固有频率和模态形状,并根据分析结果进一步优化。 

2.1问题分析

尽管框架结构由杆焊接,但是它不能简化为梁单元,因为安装孔沿杆的壁分布。杆由钢板冲压成型,并且根据其横截面特性(图2),可以使用壳单元。 ansys的建模功能相对较弱。在此示例中,模型首先在pro/e中完成,然后读入anasys。 

2.2预处理

在pro/e中,长度单位是mm;要使单元均匀,请在ansys中使用/units命令设置系统参数。长度单位是mm,质量单位是g。在预处理器中将单元类型设置为63-shell单元,设置相应的实常数并设置材料属性,泊松比=0.3和密度。将梁与modelingcreateglue命令组合在一起。接下来是网格划分,在建模中设置单位数,材料数,单位实常数;然后使用meshtool进行网格划分。网格划分质量的模态分析不高,可以通过粗细方法验证。也就是说,首先用少量网格进行分析,然后用两倍的网格进行分析。如果两个比较之间的差异在可接受的范围内,则认为网格划分足够准确。 

2.3加载和解决

将约束应用于底部四个顶点,选择alldof,并将位移值设置为零。模态分析在溶液分析中进行了分析;将模态提取方法设置为分析选项中的简化方法,并将x设置为主要自由度。运行chooseolvecurrentls并保存。然后将y和z设置为主要自由度,运行解决方案并保存。 

东森娱乐平台:基于模态分析的柜体框架优化设计

2.4后处理

通过generalpostprocreadresults命令依次东森娱乐平台:读取每个方向上的第一个订单数据。变形图4到6由plotresultsdeformedshapedef + undeformed命令绘制。

x,z和y方向的一阶固有频率分别为8.432,5.798和17.654;低频范围小于或非常接近0.1至6赫兹的地震能量浓度。从振动模式可以看出,x和z方向上的振动模式主要在焊接角附近,并且光束不具有大的曲率; y方向是拐角处的大变形。观察图7中所示的角点,该角点沿杆的接头直接焊接。根据分析结果,角点的局部结构刚度太低。改进应该是加强焊接角的结构刚度。 

2.5优化局部刚度

使用图8所示的角部件,如图9所示,将角件插入每个角部,然后沿着接缝牢固地焊接可以达到这个目的。 

导入ansys中的角件,修改模型,并按照步骤2.2~2.4重新分析。获得的x,z和y方向的一阶固有频率分别为12.759,8.946和32.236。模型的改进的一阶固有频率得到显着改善。 

4结论

东森娱乐平台:基于模态分析的柜体框架优化设计

通过比较有限元和模态实验的结果,可以看出ansys可以极大地帮助结构刚度优化设计。它不像理论方法,不需要繁琐的计算;与模态实验不同,不需要昂贵的实验设备和实验原型。 Ansys在经济,成本和可信度方面是一种很好的模态分析方法。 

参考

[1]王勖成。有限元法[m]。北京清华大学出版社,2003。

[2]严世韩敏。机械振动系统[m]。武汉华中科技大学出版社,1990。

[3]李德葆。实验模态分析及其应用[m]。北京科学出版社,2001。

[4]丰定国。抗震结构设计[m]。武汉武汉理工大学出版社,2001。



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