静强度、模态分析课件.

地铁不锈钢车体静强度计算及模态分析

都市快轨交通 ·第 20卷第 5期 2007年 10月
学术探讨
地铁不锈钢车体静强度计算及模态分析
周伟
(中南大学长沙 410075)
摘要简要介绍有限元强度计算和模态分析的相关理论 ,应用有限元分析软件 ANSYS, 建立地铁动车不锈钢车体结构的有限元分析模型 ,确定有限元模型的计算载荷和评定标准 ,计算车体在给定工况下的静强度 , 以及整备状态下的固有频率和振型。结果表明 ,车体静强度及刚度在各运用工况下都能满足相关标准要求。关键词不锈钢车体有限元强度模态
第三工况下车体最大应力为168462mpa发生在侧墙门立柱与底架边梁相交处顶结构最大应力点出现在车顶波纹板与平顶交界处底架波纹板最大应力点出现在牵引梁与波纹地板相交1各工况下不同结构处的应力水平mpa工况车顶底架波纹板耐候钢结构第一工况1841196843第二工况247169180124第三工况13316812290许用应力2822822821842第二工况下车体和耐候钢结构的应力分布48地铁不锈钢车体静强度计算及模态分析urbanrapidrailtransit车体侧墙结构的加强横梁和压筋结构改善了侧墙蒙皮的纵向刚度和垂向刚度实现了更有效的承载和传载
4.3 变形和刚度分析
车体在垂向总载作用下 , 底架下边梁中部垂向挠
度 fc =5.873 mm, 两转向架中心距为 L2 =12 600 mm, fc <12.6 mm, 满足在最大垂向载荷作用下车体静挠度不
图 3 车体振型图
超过两转向架支撑点之间距离 1‰的要求。
好地反映不锈钢车体的结构特点 , 是车体结构强度分
表 1 各工况下不同结构处的应力水平 MPa
工况第一工况第二工况第三工况许用应力

铝合金地铁车体静强度和模态分析

工程管理与技术现代商贸工业２０１８年第１８期１８８㊀㊀作者简介:聂双双(１９８３－),女,工程师,主要从事车辆工程车体结构设计研究.铝合金地铁车体静强度和模态分析聂双双㊀张寅河(中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛２６６１１１)摘㊀要:以某城轨铝合金地铁为研究对象,根据铝合金地铁车体结构特点,简化该车体几何模型,建立相应的有限元模型.基于车体静强度计算标准,确定９种车体结构静强度的计算工况,在这些计算工况作用下,计算车体结构的静强度.计算在最大垂直载荷作用下车体结构刚度,以及车体结构模态与整备状态下车体结构模态.计算结果表明该铝合金地铁车体结构的刚度㊁静强度和模态均满足车体结构设计要求.关键词:铝合金车体;有限元;静强度;模态中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :１０．１９３１１/j．c n k i ．１６７２Ｇ３１９８．２０１８．１８．０８４０㊀引言随着城市的快速发展,地铁作为各大城市的重要交通工具之一,研发水平在不断地提高,在车体新材料和新工艺方面的研究也越来越多.铝合金材料以密度小㊁密封性好和易于挤压成型等优点,越来越广泛地应用于铝合金地铁车体.为确保车辆在工作状态下安全可靠,车体结构必须要有足够的刚度和强度,满足相关的技术标准.目前车体结构的强度计算分析主要采用有限元法,为其结构改进和优化提供依据.１㊀车体结构与有限元模型本文以某城轨铝合金地铁中间车为研究对象,车体采用全长的大型中空铝合金挤压型材组焊成筒型整体承载结构,主体结构由底架㊁车顶㊁侧墙和端墙焊接而成.底架采用无中梁结构,主要有牵引梁㊁枕梁㊁边梁㊁横梁和地板组成.车顶由５块３种挤压模块用纵向焊缝拼焊㊁空调安装平台和受电弓安装平台等组成.侧墙由４种挤压模块用纵向焊缝拼焊和门立柱等组成.端墙由端角柱㊁门口立柱㊁墙板㊁侧顶弯梁和横梁拼焊而成.该铝合金地铁车体的长度㊁高度和最大宽度分别为２２８８０m m ㊁２７２５m m 和３０００m m .在分析了铝合金车体的结构特点和材料的力学性能的基础上,采用H Y P E RWO R K S 有限元软件进行计算.采用S H E L L 单元离散车体结构,车体模型包括１９６万个单元和１７６万个节点.２㊀计算工况和评定标准依据«B SE N １２６６３:２０１０铁道应用－轨道车身的结构要求»,确定车体静强度计算工况.此次分析主要包括９个计算工况:(１)计算工况１:空载工况;(２)计算工况２:最大运转载荷工况;(３)计算工况３:空载压缩工况;(４)计算工况４:空载拉伸工况;(５)计算工况５:超员压缩工况;(６)计算工况６:超员拉伸工况;(７)计算工况７:两端抬车工况;(８)计算工况８:一端抬车工况;(９)计算工况９:三点支撑工况.同时计算车体结构模态和整备状态下车体结构模态.３㊀计算结果３．１㊀刚度计算结果在计算工况２作用下,车体底架边梁中央断面处垂直挠度为１２２m m .根据G B /T７９２８－２００３«地铁车辆通用技术条件»规定,在最大垂直载荷作用下车体静挠度不超过两转向架支承点之间距离的１ɢ(１５７m m ),即车体的挠跨比ɤ１ɢ.经计算可知,车体的挠跨比为０７８ɢ,该车体的刚度满足标准要求.３．２㊀静强度计算结果计算工况１和２主要校核在垂向载荷作用下车体结构的静强度情况,车体结构的v o n M i s e s 应力分布情况非常相似.由于计算工况２的垂向载荷比计算工况１的垂向载荷大,所以车体各个部位的v o n M i s e s 应力值也较大.在计算工况２作用下,侧墙中枕内第一个门发生较大菱形变形,所以最大v o n M i s e s 应力发生在侧墙中枕内第一个门的门上角,如图１所示.侧墙门上角的v o n M i s e s 应力值为９５．８M P a ,该值小于门上角材料的屈服强度１１５M P a.图１㊀侧墙上门角区域v o n M i s e s 应力云图计算工况３－６主要校核在垂向和纵向载荷共同作用下车体结构的静强度情况.在计算工况３作用下,车体底架的最大v o n M i s e s 应力发生在车钩安装座补板,焊缝发生在边梁缓冲梁连接处,如图２所示.这是因为施加载荷通过补板将力传递到牵引梁,边梁缓冲梁断面不同,连接处结构突变.车钩安装座补板的v o n M i s e s 应力值为３０５．３M P a,小于补板材料的屈服强度３３５M P a ;边梁缓冲梁连接焊缝的v o n M i s e s 应力值现代商贸工业２０１８年第１８期１８９㊀为１０６．２M P a ,小于焊缝材料的屈服强度１１５M P a .在计算工况４－６作用下,车体底架的最大v o n M i s e s 应力同样发生在车钩安装座补板,焊缝的最大v o n M i s e s 应力同样发生在边梁缓冲梁连接处.计算工况４的v o n ＧM i s e s 应力值分别为２４４．９M P a ㊁８１．９M P a,如图３所示.计算工况５的v o n M i s e s 应力值分别３０４．８M P a㊁１０８．１M P a ,如图４所示.计算工况６的v o n M i s e s 应力值分别为２４５．４M P a ㊁８０．１M P a ,如图５所示.以上应力值均小于材料的屈服强度３３５M P a ㊁１１５M P a .图２㊀计算工况３底架局部结构v o n M i s e s应力云图图３㊀计算工况４底架局部结构v o n M i s e s应力云图图４㊀计算工况５底架局部结构v o n M i s e s应力云图图５㊀计算工况６底架局部结构v o n M i s e s 应力云图计算工况７－９需要抬起车体结构,在车体处于抬起状态时,车体重量主要由抬车垫板承担,尤其是两端抬车工况和三点支撑工况.因而车体底架的最大v o n ＧM i s e s 应力发生在抬车区域.如图６－８所示,枕梁边梁焊缝处的最大v o n M i s e s 应力值为８２．０M P a ,小于焊缝材料的屈服强度１１５M P a.图６㊀计算工况７底架局部结构v o n M i s e s应力云图图７㊀计算工况８底架局部结构v o n M i s e s应力云图图８㊀计算工况９底架局部结构v o n M i s e s 应力云图３．３㊀模态计算结果模态分析中没有考虑车体结构的位移约束,表１列出了车体结构的主要固有频率.从表１可以看出整备状态下车体结构的整车一阶弯曲固有频率大于１０H z,符合设计规范要求.表１㊀车体结构模态计算结果振型车体结构固有频率整备状态下车体固有频率整车一阶菱形１３．８H z ８．４H z整车一阶垂弯１６．８H z １０．２H z 整车一阶扭转１９．２H z １１．６H z 整车一阶横弯２６．９H z１６．３H z ４㊀结束语基于H Y P E RWO R K S 有限元分析方法,以铝合金地铁车体为研究对象,建立有限元模型,计算在各种工况作用下车体的刚度㊁静强度和模态,得出该铝合金地铁车体结构的刚度㊁静强度和模态均满足相关要求,为以后的车体有限元分析和设计提供参考.参考文献[１]G B /T７９２８－２００３㊀地铁车辆通用技术条件[S ]．２００３．[２]B S E N １２６６３:２０１０铁路应用－铁路车辆车体结构要求[S ]．２０１０．[３]雷成,肖守讷．地铁铝合金车体的结构设计和强度分析[J ]．机车电传动,２００６,(０１):５５Ｇ５６．[４]周建乐,王军．地铁车辆铝合金车体的设计[J ]．城市轨道交通研究,２０００,(２):５３Ｇ５６．。

第3章静强度30页PPT

t c250
t 350MPa t 40MPaຫໍສະໝຸດ 2 t2c
42.72
ZR
S s2 2
c 100MPa c 15MPa
S 500MPa
R1(ZR)99.9%
(ZR)0.001
ZR3.
500250
s242.722
s 68.4MPa
§4—2 安全系数与可靠度
一、传统设计的安全系数
n S
当： y
ZZR
S s2 2
Z y y
y
RP(y0)
ZR RP(ZZR)
R P(y 0)
P (Z Z R)
ZR
1
1(Z)2
e 2 dZ
2
1ZR)
ZR
耦合方程：
ZR
S s2 2
ZR
例题：已知某零件求：R
S 180 MPa S 22 .5 MPa 130 MPa 13 MPa
2
g(S)
1
1(SS)2
e 2 S
S 2
设新变量：
yS
h(y)
1
1(yy )2
e 2 y
y 2
y S
y
2 s
2
可靠度：
RP(y0)
1
1(yy )2
e 2 y dy
0 y 2
化为标准正态分布
Z yy
y
f (z)
1
1z2
e2
2
y0
Z yy y
y
y
耦合方程
Z S s2 2
当： y 0
解：常规设计安全系数
概率设计 yS
n S 180 1.385 130

风力发电机塔架静强度与模态分析

１
２
ｌ８Ｐ１Ｍ
８９９护
背风根都
背风面５ｍｉ
０４３７ｍ
０３蕊６
３９ Leabharlann ０１Ｐ迎风面嗄部
０１２．３ｍ
表２塔架前６阶固有频率（ｚ与风轮的工作频率的相对差见Ｈ）
固有频翠龄数（ＺＨ）风轮工作相对误差是否频率（ＺＨ）（）％三偿频相对谋是否引起菸搌
捕载序号最太应力值最大应力的经置最太位移
［］王朝胜，东胜，富顺，３黄邹黄方林．力机塔架模态分析及应用．Ｊ．风［］电力学报，０９年Ｏ期．２０６［］吕钢．于有限元法的水平轴风力机塔架动态响应与优化问题研究．４基［］Ｄ兰州理工大学，０９２０．
共挺枣Ｈ）差（）Ｚ％
ｉ
ｔ
２
０５０９３４
０５２９，８６
ｄ２４２９
．
０３８
Ｏ０．８
０８．３
０３８
３．９６
４．。２
ｌ：０ｉｅ
１２００２
否
香
１４ｉ
１Ｈ．
１１．４
５３５
科学论坛
啊Ｉ
风力发电机塔架静强度与模态分析
王海军刘日新
（阳工业大学建筑工程学院沈沈阳２１）００
［摘要］以沈阳工业大学风能研究所１ｗ变速恒频风力发电机组为例，Ｍ利用ＡＳＳ限元软件完成建模并对塔架的静强度和模态进行分析计算结果表ＮＹ有明：塔架满足静强度要求，塔架不会与风轮共振，今后塔架的设计提供了重要的依据。为［键词］架模态分析静强度有限元关塔中图分类号：Ｋ３Ｔ８文献标识码：Ａ文章编号：０９９４２１）６０８— １１０ — １Ｘ（００３－３３０

第八讲模态分析ppt课件

相当小），被加倍。

由于，迭2 代可能跳过一个根或多个根，但是由于利
用了Strum序列的特性，通过对三角分解的负对角元的个数的检查可以发觉。
当 K1 或1
K1 K / 时K，1 迭1代0停5 止。
返回
三、逆迭代（反幂法）求最小特征对
我们知道对标准的特征方程
。
~xs(K1满) 足与
代替 ~xs(K1作) 为迭代向正xs(交K1)的条件， 1，2，，s
~xs(K1
)
将
s1
返回
第五节子空间迭代法
子空间迭代法是求解大型特征值问题低阶部分特征对的有效方法。它实质上是李兹法（Rayleigh-Ritz）和同时逆迭代法联合应用的结果。
1）取q个初始迭代向量，q>NF。（NF-为所求低阶特征对）
用振型叠加法计算结构在强迫力和强迫位移（包括基础运动）下瞬态响应。
返回
3. 响应谱分析与随机振动分析
根据给定的反应谱曲线，采用振型叠加法对基础的随机的强迫位移进行结构的最大位移和最大应力分析，可用于求解冲击载荷条件下的结构响应。
4. 用逐步积分法求历程响应
不用求解特征方程的特征值和特征向量，而用Wi1son 法直接对动力方程进行数值积分，求解结构在强迫力和强迫位移下的瞬态响应。

[
M
]u
r

C
u

r

K
ur

M
u

g

式中，u—r 是结构相对于基础的位移向量；
u
— 是结构的牵连加速度向量。
g

返回
第三节特征方程的求解

逆变器柜体的静强度及模态分析

１逆变器柜体模型的建立
逆变器柜体多由钣金件、方钢组焊而成，电力
作。由于机车在运行中存在纵向冲击、垂向及横向振动，柜体结构承受复杂的载荷作用。因此对柜体结构进行静强度分析和模态分析就显得尤为重要，其分析结果可为逆变器柜体结构的可靠性提供重
Ａｎｄｔｈｅｎ，ｔｈｅｍｏｄａｌｏｆｃａｂｉｎｅｔｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＢｌｏｃｋＬａｎｃｚｏｓｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｌｏｗ— ｏｒｄｅｒｎａｔｕｒａｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｈｙｐｅｒｍｅｓｈｔｏｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄＡＮＳＹＳｔｏｒｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｍｏｄｅｌｏｆｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｉｎｖｅｒｔｅｒｃａｂｉｎｅｔｉｓｃｒｅａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃａｂｉｎｅｔｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ
ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｖｏｌｕｍｅｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｗｈｏｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｅａｃｑｕｉｒｅｄ．

静强度、模态分析课件概要

m
x
· ·= – kx mx or · · mx + kx = 0
41
控制方程（续）
● 对于多自由度系统，控制方程为： · · M x + K x = 0
这里 [K] = 结构刚度矩阵(和静力学相同) [M] = 结构质量矩阵(它代表结构的惯性属性) [K] 和 [M] 必须是实阵、对称阵。
● 下一步为模型加载边界条件(约束模型)。从数学上就是移除总矩
阵方程中与约束自由度相对应的行和列。
边界条件
[K] {u} = {F}
加载了边界条件的总方程
27
有限元法是怎样工作的 ?(续)
● 最后求解总矩阵方程得到未知的节点位移。 ● 通过节点位移再计算单元应变和应力。
变形图
应力云图
28
有限元法是怎样工作的 ?(续)
29
单元刚度矩阵的附加实例

受轴向力的杆单元刚度矩阵如下所示:
X=0
L F1 1 u1 A
u F1 E A - 1 –1 1 = ------ L –1 1 F2 u2
2 u2
F2
X
30
单元刚度矩阵的附加实例

受扭转的杆单元刚度矩阵如下所示:
● 记住:
系统自由度数目要满足描述系统在任意给定时刻振动的要求。
42
质量矩阵
●
质量矩阵代表结构的惯性属性。Nastran提供2个选择定义结构质量：
1. 集中质量矩阵(默认) Lumped Mass
仅存在非零对角元素
2. 耦合质量矩阵 Coupled Mass
存在非零非对角元素（注意: 对于杆单元，只有平动自由度是耦合的。）

模态分析整理ppt

模态分析
模态分析
• 模态分析用于确定结构的振动特性―固有频率和振型。 • 它是所有动力分析的基础，并且也是其它更进一步动力分析的起点。 • 在这一章，我们将通过下列主题来描述怎样进行一个基本的模态分析： A．步骤 B．例题 • 对于细节，参考结构分析指南或动力学培训手册
模态分析
A．步骤
•
• 只允许线性单元和材料特性。非线性被忽略。
模态分析
…步骤分析类型
分析类型为模态分析 Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis
模态分析
…步骤
分析选项 • 模态提取选项－Solution >Analysis Type > Analysis Options －方法：建议采用Block Lanczos
－模态数量：确定要提取的模态数。
模态分析
…步骤
• 模态扩展选项－ Solution >Analysis Type > Analysis Options
－点OK后扩展的模态才能在后处理中看到
－要扩展的模态数通常与所提取的模态数相同 • 预应力选项可用于预应力结构的模态计算，例如张紧的悬索桥的振动。
通常使用默认选项
பைடு நூலகம்
模态分析
…步骤
加载与求解在模态分析中唯一有效的“载荷”是位移约束：－Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > …
－如果没有确定约束，ANSYS将计算刚体模态（零频率） • 所有约束确定之后，可进行求解：
模态分析步骤如下： – －前处理 • 几何模型 • 划分网格

兆瓦级风力发电机组塔架的静强度及模态分析

为不同方向的一阶弯曲振动。根据振动理论，振动的能量主要集中在低阶频率中，因此，塔筒的振动主要
机的２阶固有频率；３Ｐ为风力机的３阶固有频率；为塔架的１阶固有频率。由图８见，机组的１固有频率没有与风轮转可阶
１Ｏ・Ｏ・８
对应的转频为＝０１；．７Ｈｚ风轮最高转速对应的转频的３倍频为一０８；塔筒１阶固有频率为ｆ一．９Ｈｚ
０４。图８为机组的坎贝尔图。．４Ｈｚ
所受应力值最大。计算结果见图４、图５。
图４和图５中，Ｖｏｓｓ等效应力是按第四强ｎＭｉｅ
度理论确定的，应力单位为Ｐ，变形单位为ｍ。ａ由计算结果可见，在载荷作用下，最大变形位于
频率（）Ｈｚ
不考虑上部质量时考虑上部质量时
２１００年第６期
白海燕，等：兆瓦级风力发电机组塔架的静强度及模态分析
・３５・
１３边界条件和计算载荷．由于风力发电机组塔架与地面基础固连，在进行
应力集中。最大ＶｎＭｉｓ效应力为１６４ＭＰ。ｏｓ等ｅ４．ａＱ３５４Ｄ钢的允许拉压应力为３５ＭＰ，考虑到安４ａ
的６．，３７塔顶最大变形量为塔高的０７，．１均满足
设计要求。
定则确定，该坐标系不随机舱旋转，见图３。建模时，
通过ＭＰＭｕｔｏｎｏｓｒｉｔ单元将计算得到的Ｃ（ｌｐｉｔｃｎｔａｎ）ｉ各种载荷工况下的极限载荷传递到塔筒，进行计算分

铝合金地铁车体静强度和模态分析 (2)

铝合金地铁车体静强度和模态分析随着我国城市化进程脚步的不断加快，国内的地铁也随之成为各大城市的重要交通工具之一，研发水平在不断地提高，在车体新材料和新工艺方面的研究也越来越多。

铝合金材料以密度小、密封性好和易于挤压成型等优点，越来越广泛地应用于铝合金地铁车体。

为确保车辆在工作状态下安全可靠，车体结构必须要有足够的刚度和强度，满足相关的技术标准。

目前车体结构的强度计算分析主要采用有限元法，为其结构改进和优化提供依据。

标签：铝合金；地铁车体；静强度；模态随着大型铝合金中空挤压型材的开发及焊接技术的不断改进，组装和焊接件的数量逐渐减少，再加上铝合金车体具有减重效果好、耐腐蚀性强、运行平稳性好等优点，使其成为客车车体制造的首选型材。

车体是地铁的主要承载部件之一，为保证它在运行中的安全性和可靠性，要求铝合金车体结构具有足够的强度和刚度，并满足相关技术标准的要求。

下面以有限元法为基础，利用有限元分析软件ANSYS建立某地铁铝合金车体结构的有限元模型，并依据相关标准的规定对车体强度进行了多工况的计算分析，得到车体结构在各个工况下的应力水平、应力分布、刚度、自振频率及振型。

由于中国地铁建设尚处于初级阶段，尽管有不少关于轮轨关系的定性描述，但对地铁振动荷载定量分析的研究还较少，目前还没有制定地铁强度标准和载荷工况标准，此次计算分析主要参照国外地铁车辆技术标准和铁路运输行业标准《内燃、电力机车车体静强度试验方法》（TB/T2541-1995）、国标《内燃机车通用技术条件》（GB3314）等规范和标准，确定车体的计算载荷、计算工况以及车体静强度、刚度、模态频率等计算结果要求。

1车体结构的有限元模型1.1有限元模型坐标定义由于B型车的拖车模型是纵向对称的，对于对称荷载只将结构的一半模型化（B侧），在本文中所有涉及坐标系的方向，均以下面的定义为准：车的结构以yoz平面为对称面；原点o在驾驶室地板前端中央；x向为从结构对称面指向车体侧墙；y向为从地板指向车顶；z向为从驾驶室指向车尾。

第10章模态分析ppt课件

精选课件ppt
18
10.3 矩阵缩减技术和主自由度选择准则
• 人工选取主自由度的基本准则： ➢ （1）主自由度的总数至少应是感兴趣的模态数的两倍。 ➢ （2）在相对较大的质量或较大转动惯量但相对较低刚度
的位置选择主自由度。 ➢ （3）把估计结构或部件要振动的方向选为主自由度。 ➢ （4）如果要选的自由度属于一个耦合集，则只需选择耦
28
10.4 模态分析过程
图10-2 定义模态分析
精选课件ppt
29
10.4 模态分析过程
➢ GUI：【Main Menu】/【Solution】/【Analysis Type】/ 【Analysis Options】
• 1）Mode extraction method 模态提取方法对于非对称法和阻尼法，应当提取比必要的阶数更多的模态以降低丢失模态的可能性，但求解的时间会加长。
• 2）No. of modes to extract 模态提取阶数所有的模态提取方法都必须设置具体的模态提取的阶数。
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30
10.4 模态分析过程
• 3）No. of modes to expand 模态扩展阶数此选项只有在Unsymmetric法和Damped法时要求设置。如果想得到单元的求解结果，则任何模态提取方法都需选取“Calculate elem results”项。
精选课件ppt
21
10.4 模态分析过程
ANSYS模态分析过程包括四部分： ➢ 建模； ➢ 加载及求解； ➢ 扩展模态； ➢ 结果观察。
精选课件ppt
22
10.4 模态分析过程
• 10.4.1 建模 • 模态分析的建模与静力学分析的建模类似，首先定义工作

模态分析入门教程ppt课件

模态分析
定义
图解
是一种坐标变换。目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量，放到所谓“模态坐标系统”中来描述。运用这一坐标的好处是：利用各特征向量之间的正交特性，可使描述响应向量的各个坐标互相独立而无耦合。换句话讲，在这一坐标系统中，振动方程是一组互无耦合的方程，每一个坐标均可单独求解。
实验梁的力锤敲击信号：
(5）数据预处理调节采样数据采样完成后，对采样数据重新检查并再次回放计算频响函数数据。一通道的力信号加力窗，在力窗窗宽调整合适。对响应信号加指数窗。设置完成后，回放数据重新计算频响函数数据。
力信号加力窗
响应信号加指数窗
启动回放
（6）模态分析 l 几何建模：自动创建矩形模型，输入模型的长宽参数以及分段数；打开结点信息窗口，编写测点号；
DHMA模态软件分析方法及应用领域
应用
大型建筑物：
大型桥梁：
DHMA模态分析软件功能
几何建模读入CAD平面图形、ANSYS有限元模型文件；可以直接在界面上完成部件、结点、连线的填加、删除、移动、复制、粘贴以及参数修改等；可自动生成规则模型；为了更接近实际结构，测点之间可插入非测量结点，软件自动根据周围测点数据编写非测点的约束方程。对模型可以进行平移、旋转、放大缩小、线条颜色修改、背景颜色修改、四视图单独或同时显示；
（2）仪器连接仪器连接如下图所示，其中力锤上的力传感器接动态采集分析仪的第一通道，DH201加速度传感器接第二通道。
（3）打开仪器电源，启动DHDAS控制分析软件，选择分析/频响函数分析功能。
实验梁平面图
在菜单“ 分析(N) ”选择分析模式“单输入频响”。在新建的四个窗口内，分别单击右键，在“信号选择”对话框中设定四个窗口依次为：频响函数数据、1-1通道的时间波形、相干函数数据和1-2通道的时间波形,如下图。

模态分析理论基础PPT课件

v( ) f ()
• 三者之间的关系
H a ( )
a( ) f ()
Ha () jHv () ( j)2 Hd () 2Hd ()
• 动刚度（位移阻抗） Z (s) ms 2 cs k
•
动柔度（位移导纳）
H (s)
1 ms2 cs k
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• 质量阻抗、阻尼阻抗、刚度阻抗（位移、速度、加速度） • 质量导纳、阻尼导纳、刚度导纳（位移、速度、加速度）
解析模态分析可用有限元计算实现，而试验模态分析则是对结构进行可测可控的动力学激励，由激振力和响应的信号求得系统的频响函数矩阵，再在频域或转到时域采用多种识别方法求出模态参数，得到结构固有的动态特性，这些特性包括固有频率、振型和阻尼比等。
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有限元分析软件(如ANSYS、NASTRAN、SAP、MAC等)在结
• 幅频图
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+ 实频图与虚频图
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•Nyquist图
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• 不同激励下频响函数的表达式
– 要点 • 频响函数反映系统输入输出之间的关系 • 表示系统的固有特性 • 线性范围内它与激励的型式与大小无关 • 在不同类型激励力的作用下其表达形式常不相同
– 简谐激励 • 激励力 • 响应
HR 1, 2
(
)
4k
1
(1
)
2
1
g
2
半功率带宽反映阻尼大小阻尼越大，半功率带宽
越大，反之亦然
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• 虚频图
•
H
I
( )
g
k[(1 2 )2
g2]
（结构阻尼）
•
H
I
( )

机车车辆轴箱结构静强度与模态分析

利用ＡＮＳＹＳ软件对轴箱进行静强度分析ꎬ 得到各工
表４各载荷工况下轴箱结构最大应力节点位置
结构最大应力出现位置低位内侧立板圆弧孔处低位内侧立板圆弧孔处低位内侧立板圆弧孔处高位弹簧托盘孔边缘低位弹簧托盘孔边缘
接触单元ꎻ梁单元的另一端即为轮轨接触点ꎮ 横向载荷作用于轴承孔上部与轴承外圈接触的挡边上ꎻ垂向载荷作用于两侧弹簧托盘凸台的上表面ꎮ ��１８��
１轴箱静强度分析
ａ) 轴箱模型为保证几何模型和有限元模型尺寸的一致性ꎬ在ＡＮ￣
表１轴箱强度计算基本参数
１.４７５２５
ＳＹＳ中建立几何模型ꎮ 该轴箱为整体铸造件ꎬ且沿三个方向均无对称结构ꎬ故应建立整体模型ꎬ 建模时忽略了半径较小的铸造圆角和轴承孔下部的漏水孔ꎮ 轴承孔内部结构如图１所示ꎮ
静强度计算结果显示ꎬ 第１、２、３工况下ꎬ 轴箱结构整体应力分布情况相似ꎬ且最大应力均出现在低位弹簧托盘内侧立板圆弧的螺栓孔处ꎬ如图４( ａ) 所示ꎬ但应力值均未超过材料的屈服极限ꎮ 第４工况中ꎬ轴箱结构大部分区域出明显的应力集中现象ꎬ如图４( ｂ) ꎻ第５工况中轴箱结构整体的应力分布情况与第４工况相似ꎬ由于纵向载荷的方同样表现出明显的应力集中现象ꎮ 向相反ꎬ最大应力出现在另一侧 ( 低位 ) 弹簧托盘孔边缘ꎬ 应力值较低ꎬ仅在高位弹簧托盘孔边缘应力值较大ꎬ 表现
在轴箱的轴承孔上部与轴承接触面的１２０° 角范围内建立
边界条件时ꎬ将车轴简化为截面形状为圆形的梁单元ꎬ 并
为尽可能模拟轴箱在运用中的真实受力情况ꎬ在添加
ｈｔｔｐ:∥ＺＺＨＤ.ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ.ｎｅｔ.ｃｎＥ￣ｍａｉｌ:ＺＺＨＤ＠ｃｈａｉｎａｊｏｕｒｎａｌ.ｎｅｔ.ｃｎ « 机械制造与自动化»