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试验台台面的固有频率及有限元分析

发布于:2021-01-02 13:23
有限元分析

       本文基于对冲击试验台台面的固有频率及动力强度的有限元分析,拟通过建立起台面的有限元模型,运用模态实验和有限元计算,识别出台面的振型、固有频率,为冲击试验台台面基于有限元模拟设计提供一定的依据。
       首先,对已有台面样机进行了试验模态测量,分析其结构的动态特性,为进一步改进提供依据。缓冲垫提供脉宽为6 ms到20 ms的半正弦冲击力,冲击速度为3.5 m/s,提供的加速度从5 g到100 g不等。脉冲力含有不同的频率成分,因此需要对台面进行模态分析,检验台面和脉冲力的频率成分,如果频率耦合程度强,则需要修正台面结构设计。
       对本冲击试验系统而言,最恶劣的环境条件为D=6 ms。当D=6 ms时,要保证工作台面产生的波形不失真,工作台面的固有周期应小于0.0006 s,工作台面的固有频率应大于1 667 Hz。要保证波形失真小于10%,工作台面的固有周期应小于0.0027 s,工作台面的固有频率应大于370 Hz。实际应用中,要保证工作台面的固有频率大于1667 Hz是十分困难的,因此只要保证工作台面的固有频率大于370 Hz,在工程应用中可以满足需求。台面受到冲击时,近似自由边界条件,因此计算时采用自由边界条件。
       台面结构主要由上下平板和横纵肋板构成,结构复杂,按照设计图纸,采用Pro/E准确建立模型后,导入有限元通用计算AppANSYS进行计算。
       结构网格模型及坐标,单元选用solid45,共划分成20306个节点,83521个单元。图1为台面有限元模型。
       脉宽为6 ms的冲击激励包括的主要频率成分都远离台面的固有频率成分,满足冲击试验要求。这对进行瞬态动力响应求解,动强度校核也是有利的,说明结构设计是比较合理的。台面的一阶固有频率为442.39 Hz,远大于保证波形失真小于10%的台面最小频率370 Hz,可满足波形失真要求。
       台面承受冲击响应,主要进行动强度校核。但静强度分析对动强度分析也具有参考作用。动强度校核按最不利设计要求的100个重力加速度,最大负载3吨作用下校核。动强度校核方法,结构自重1吨,负载通过螺钉与台面连接,在短暂的碰撞过程中,认为负载通过螺钉对台面的冲击为最危险情况,缓冲器近似认为台面的约束条件,进行瞬态动力学分析。
       静强度分析
       纵边方向导杆约束,3吨负载作用在台面中心时强度校核,按四个螺钉、四个集中力处理从表2看出,在非冲击状态下,应力值远远小于许用应力值175 Mp(2)动强度校核台面结构有许多肋板加强结构承载能力,在相同负载情况下,螺钉布置应均匀分布,充分利用肋板的加强作用,这样能够承受更大的冲击载荷。碰撞过程中,负载台面接触位置,面积的大小直接确定着瞬态分析过程中载荷施加的方式与大小,对结构强度校核具有重要意义。冲击力大小可近似按有效接触面积均布。冲击过程的脉冲力时程曲线按脉宽为6 ms的半正弦波如图描述,冲击力幅值按负载获得100 g加速度的惯性力施加。


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