文档介绍：SPECIAL RESEARCH
专题研究
擦窗机吊臂伸展机构模态和随机振动分析
熊兴荣1,王正浩1,沈磊2
(1. 沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳 110168;2. 申锡机械有限公司,江苏无锡 214101)
[摘要]以擦窗机吊臂伸展机构为研究对象,利用Pro/E软件建立三维实体建模,然后将模型导入 ANSYS Workbench软件进行有限元模态分析,得到了吊臂伸展机构的前6阶固有频率、幅值以及相应振型。由于实际工作中载荷是不确定的,进而在PSD的基础上对模型进行随机振动分析,得到位移响应的功率谱图。这些分析为擦窗机吊臂伸展机构的设计、工作参数的确定以及可能的机构改进方案提供了一定的参考依据。
[关键词]擦窗机;吊臂伸展机构;模态分析;随机振动分析
[中图分类号]TU976+.42 [文献标识码]A [文章编号]1001-554X(2015)07-0081-05
Model and random vibration analysis on extension boom mechanism of BMU
XIONG Xing-rong,WANG Zheng-hao,SHEN Lei
随着玻璃幕墙在高层建筑外表面的广泛使用,擦窗机作为建筑物外墙的清洗、维护以及装修等作业的常设专用设备也得到了越来越广泛的应用[1]。擦窗机一般安装于高层建筑楼顶屋面,工作时部分机构频繁启动和制动,导致机构的冲击和振动载叠加,对其安全性能和稳定性能产生严重影响[2-4]。本文以擦窗机吊臂伸展机构为研究对象,建立三维实体模型,借助ANSYS Workbench 对其进行模态和随机振动分析,获取机构的固有频率和振型,分析机构在随机动态载荷作用下的位移响应功率谱,为机构系统的设计、工作参数的确定及可能的优化改进方案提供科学依据。
式中 M——系统的总体质量矩阵; C——系统的总体阻尼矩阵; K——总体刚度矩阵;
{x},{x′},{x″}——机构的位移、速度和加
速度向量;
F(t)——节点外载荷列阵。研究吊臂伸展机构的随机振动特性,其结构
没有阻尼和载荷,即[C]=0、F(t)=0,在非零的初始条件下,式(1)也有非零解,结构处于自由振动状态。由于没有外载荷,方程的解反映了机构本身固有的特性,即固有频率和固有振型,其动力学问题的运动方程为
1 理论基础
>M @^xcc`+>K @^x`=^0`
(2)
模态分析是计算结构振动特性的数值技术, 是最基本的动力学线性分析。结构振动特性包括固有频率和振型,任何柔性体都存在固有频率和振动模态,是随机动态载荷作用下结构设计中的重要参数。模态分析可以帮助设计人员确定结构的固有频率和振型,在结构设计中有效避免发生共振[5]。
运用最小势能原理得到动力学问题的有限元方程[6]
由于自由振动是正弦规律的,结构作简谐振动,即
x=φsin(ωt+θ) (3)
DOI:.
[收稿日期]2015-04-13
[基金项目]住建部资助项目(2014-K1-061)
[通讯地址]熊兴荣,辽宁省沈阳市浑南新区浑南东路9号
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沈阳建筑大学机械工程学