基于ADAMS的简谐激振位移强迫振动仿真与分析

基于ADAMS的简谐激振位移强迫振动仿真与分析

孟令伟;刘伟;胡亚光

【摘要】利用ADAMS/View对单自由度有阻尼包装系统进行建模,施加约束和驱动后,进行振动仿真,并通过ADAMS/PostProcessor对结果进行后处理,得到产品受迫振动响应曲线.分析曲线发现:ADAMS软件用于包装件的简谐激振位移的强迫振动仿真具有一定的可行性,产品的响应曲线可实时显示,便于设计人员分析产品振动情况,改进缓冲衬垫,进而一定程度上节省了设计时间.%The author models single-degree-of-freedom damped vibration system by ADAMS/View, exert constraints and drive and vibration simulation, and process results by ADAMS/PostProcessor, and get the product' s forced vibration response curve. The result is ADAMS software package that be used to simulation of harmonic vibration displacement forced vibration has certain feasibility, product response curve can real-time display, easy to designer analysis product vibration and cushion improvement, and save the design time to a certain extent.

【期刊名称】《包装与食品机械》

【年(卷),期】2012(030)002

【总页数】3页(P64-66)

【关键词】ADAMS;简谐激振;强迫振动;仿真

【作者】孟令伟;刘伟;胡亚光

【作者单位】黑龙江八一农垦大学食品学院,黑龙江大庆163319;黑龙江八一农垦大学食品学院,黑龙江大庆163319;黑龙江八一农垦大学食品学院,黑龙江大庆163319

【正文语种】中文

【中图分类】TB487

0 引言

目前，对于包装系统振动特性的传统测试方法是通过实际的运输振动试验或者模拟振动试验测得内装产品在外界激励下的动态力、加速度或位移等参数变化，从而对产品进行防振包装设计，但是试验本身是具有破坏性的，试验费用昂贵，试验周期较长［1－4］。

近年来，利用有限元软件对包装件的冲击特性进行分析的比较多，但将仿真技术应用于防振包装设计中的研究比较少［5－6］。如果采用仿真软件对包装件进行计算机仿真分析，模拟包装件振动系统，分析包装件在不同激励下的振动响应，这样能够使产品抗振的能力得到提高，并且弥补实物试验的不足。

1 振动仿真模型的建立

1.1 单自由度有阻尼线性系统

如图1所示，将被包装产品假定为均质刚体，略去外包装箱的质量和弹性，不计缓冲材料的质量，并将其视为具有黏性和阻尼的弹性体。m为产品主体的质量，缓冲垫弹性系数和阻尼分别为K和C［7－8］。

图1 理论模型

图2 振动台模型1－产品 2－弹性原件 3－振动台面

1.2 简化模型

根据理论模型，建立包装系统的简化模型，假设关键部件质量远远小于产品主体，忽略关键部件，模型由产品主体、振动台和弹性元件3部分组成。如图2所示。

振动台面(振源)模型是尺寸为400mm×200mm×20mm的刚性立方体，产品主体是尺寸为100mm×100mm×80mm的刚性立方体，质量m为6.24kg，位置在

振动台面的正上方。

1.3 施加约束

如图3所示，产品主体与振动台之间采用FD阻尼器连接，FD阻尼器可以阻碍三

者在一个自由度上的相对运动，可用于替代缓冲材料。阻尼系数可依据缓冲材料的性质选定。

图3 振动仿真模型简图

在振动台的中心位置施加驱动，表达式为Function(time)=4sin(31.4 time)，使得振动台做激振角频率为31.4rad/s，单边振幅为4mm，激振加速度幅值为0.4g的简谐振动。振动台振幅随时间变化曲线和振动台随加速度随时间变化曲线如图4、图5所示。

图4 振动台振幅随时间变化曲线

图5 振动台加速度随时间变化曲线

在产品主体与振动台之间建立刚性接触，以防止仿真过程中，产品主体穿过振动台。产品主体和振动台之间采用弹性元件连接。

设定缓冲垫的弹性系数为200N/mm，衬垫阻尼因子C为0.149N·s/mm，根据产品质量，对弹性元件进行预压处理。

根据以上参数计算弹性元件的传递率Tr。由公式

式中λ——频率比

ζ——阻尼比

求得传递率Tr=0.92。

2 振动仿真与结果分析

运行仿真，仿真时间设置为1s，由后处理模块ADAMS/PostProcess得到产品的振幅－时间曲线和加速度－时间曲线［9－11］，如图6、图7所示。

图6 产品振幅随时间变化曲线

图7 产品加速度随时间变化曲线

由图6、图7知，产品的振幅和加速度仍呈简谐变化趋势，其中产品振幅较稳定，加速度从第二个周期开始才趋于稳定。对曲线进行数据采集，如表1所示。

表1 产品振动响应参数响应参数机构最大振幅/mm 加速度幅值0.4产品 3.7 0.377传递率(Tr) /g振动台4 0.925 0.9425

对数据进行分析，计算缓冲衬垫的传递率，仿真得到的传递率与理论计算的结果接近，最大误差为2.44%。缓冲衬垫起到了一定的防振作用。

3 结束语

利用ADAMS/View建模工具建立缓冲包装件动力学模型，施加运动副后，对单个频点进行仿真，利用仿真结果计算缓冲衬垫传递率，结果表明，ADAMS软件用于包装件的简谐激振位移的强迫振动仿真具有一定的可行性。仿真过程中还可在一个频率范围内考察试样的频率响应，研究共振特性，进一步评估缓冲材料的振动传递率。

参考文献:

【相关文献】

［1］刘乘，卢杰，陈满儒.运输包装件振动特性的计算机仿真［J］.包装工程，2002，23(4):20－22.