文档介绍：第10章频率响应分析实例精讲——机器人部件振动分析
本章内容简介
本实例利用UG NX高级仿真中的【SOL 111 Modal Frequency Response】模块,介绍了对机器人支腿上一个部件进行频率响应分析(扫频分析)的操作流程,重点要掌握在模态分析的基础上,如何创建进行频率响应分析的步骤、如何利用函数工具创建一个与频率相关的激励载荷、如何设定扫频分析的频率方法以及如何查看和评估频率响应的结果。
本章节主要内容:
基础知识
问题描述
问题分析
操作步骤
本节小结
基础知识
结构动力学主要研究结构在动载荷(与时间相关或频率相关)作用下,结构自身位移、应力、速度、加速度和频率等物理量的响应情况。有限元结构动力学是在动力学数学模型(不同的动力问题,其数学模型有所不同)基础上,采用模态分析法、直接时间积分法等数值计算方法来求解结构的动力响应。
NX Nastran 提供的结构动力学解算器及其含义
直接法与频率法建议使用准则
直接法与频率法建议使用准则
常见结构的阻尼比参考值
问题描述
机器人要求具备高速、重载、高精度及高灵活度等性能要求,尤其是高精度性能方面的要求随着科学技术的发展变得越来越高。因此,振动分析是进行机器人产品设计的必需设计方法。本实例以机器人支腿骨架中的一个部件(骨架连接件)为模型,如图所示,该部件简化为一个整体模型;
机器人支腿部件模型示意图
骨架连接件
机器人
工况条件
该部件简化为一个整体模型,所使用的材料为Steel,分析该结构部件在受到与某外界激励频率相关的作用力情况下频率响应情况;
图上所示的骨架连接件几何模型已经简化了小尺寸的圆孔、倒角等几何特征,部件的约束位置如下图所示的两个连接孔,施加固定约束;圆孔中心处施加外部激励,受X,Y,Z三个方向,幅值为1000N的载荷力,外部激励的频率为0~200Hz,考察在该激励作用下部件结构的动力响应情况。
问题分析
(1)动力学的解算过程相比静力学要复杂,在抓住主要分析指标的前提下尽量合理简化有限元模型,以利于减少解算规模和计算工作量。如果仿真模型中单元和节点数量较多,会大大的增加计算成本,甚至会出现超出电脑硬件计算能力而不能解算的情况。
(2)本实例的解算思路是:首先进行该部件在约束状态下的模态参数求解,主要考察约束模态下结构的前五阶频率值的数值范围,再求解该部件在外部激励载荷作用下的第1阶、第2阶的动力响应情况。
(3)不同的结构,其物理阻尼参数不尽相同,实际中需要通过实测和比较的方法来获得,本实例使用模态阻尼,为简化计算,在0~200Hz激励频率作用下,。
(4)本例中采用模态频率响应解算器SOL111,使用FREQ1载荷频率的求解方法,频率步长为2Hz,进行扫频分析。载荷施加点使用刚性连接方式,创建载荷施加于作用点。
(5)按照解算要求确定希望得到的输出响应指标,在操作过程中仔细设定输入结果、输出结果和输入对象等内容,预先在解算方案的输出请求中进行相应的设置。
操作步骤
创建有限元模型
创建仿真模型
求解结构模态和振型
创建仿真模型
施加频率相关载荷
求解结构频率响应
(1)创建有限元模型
打开随书光盘part源文件所在的文件夹:Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch10_Robot arm\robot ,调出如图所示的骨架连接件主模型
1)建立骨架联接系统的FEM模型
依次左键单击【开始】和【高级仿真】命令,在【仿真导航器】窗口分级树中单击【robot 】节点,右键单击弹出的【新建FEM】选项,新建FEM,并进行其他操作,单击【确定】按钮即可进入了创建有限元模型的环境。
设置相关参数
单击确定
2)指派材料
单击工具栏中的【指派材料】图标,弹出【指派材料】对话框;
设置相关参数
单击确定