大型卷板机上梁的模态分析与结构优化设计

合集下载

大型机械结构的模拟与优化设计

大型机械结构的模拟与优化设计随着科技的不断发展，大型机械结构的模拟与优化设计已经成为了现代工程领域中的重要课题。

无论是飞机、汽车还是桥梁、建筑，都需要经过严密的模拟与优化设计，以确保其结构的稳定性、安全性和性能的优化。

在大型机械结构的模拟与优化设计中，有几个重要的步骤需要进行。

首先是建立数值模型，即通过数学方法和计算机技术将真实的机械结构转化为虚拟的数值模型。

这些数值模型能够完整地描述机械结构的几何形状、材料特性和物理性能等信息，为后续的模拟与优化设计提供了基础。

然后是进行结构的模拟分析。

在模拟分析中，可以通过有限元方法等数值方法对机械结构进行静力学、动力学和热力学等方面的分析。

通过对结构的受力、变形、振动和温度等进行模拟分析，可以了解结构在不同条件下的工作性能，识别潜在的问题和缺陷，并通过优化设计来解决这些问题。

模拟分析的结果往往会指导优化设计的方向。

在大型机械结构的优化设计中，目标是通过调整结构的几何形状和材料参数等来优化结构的性能。

在优化设计中，需要考虑的因素包括结构的强度、刚度、稳定性、动态特性以及材料的耐久性等。

通过对这些因素的综合分析和比较，可以找到最优的设计方案。

大型机械结构的模拟与优化设计需要充分利用计算机的计算能力和优化算法。

在模拟分析中，计算机可以高效地进行大规模的计算，快速得出结构的响应和性能。

在优化设计中，计算机可以运用遗传算法、粒子群算法等优化算法进行参数优化，并通过迭代过程寻找最优解。

此外，在大型机械结构的模拟与优化设计中，还需要考虑到不确定性和可靠性的问题。

真实的工程环境中往往存在各种不确定因素，如材料的承载能力、加载条件和工作环境等。

因此，在模拟与优化设计中，需要通过概率统计方法和可靠性设计理论对结构的安全性进行评估，确保结构在设计寿命内具有较高的可靠性。

在实际应用中，大型机械结构的模拟与优化设计已经得到了广泛的应用。

例如，在航空航天领域，可以通过模拟与优化设计来提高飞机的飞行性能和燃油效率；在汽车工业中，可以通过模拟与优化设计来提高汽车的安全性和驾驶舒适性；在桥梁和建筑工程中，可以通过模拟与优化设计来提高结构的抗震能力和使用寿命。

卷板机床身的结构分析与优化

工艺设计改造及检测检修ＣｈｉｎａＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＯｖｅｒｖｉｅｗ
卷板机床身的结构分析与优化
田芳
（济宁技师学院，山东济宁２７２１Ｏ０）
【摘要ｌ首先对卷板机在卷板过程中床身的受力ｌ隋况进行了静力学分析；进而在保证床身结构力学特性的前提下，对床身结构进行了局部结构简化，建立了大型卷板机床身的有限元分析模型；通过对该有限元模型进行有限元分析，得到床身的应力和位移结果，并在分析结果的基础上，以床身的重量为优化目标进行了结构优化，使床身结构更趋合理。【关键词】卷板机有限元结构优化．
大型卷板机的床身结构是重要活动件，外形庞大，结构复杂，其 “ ＳｍａｒｔＳｉｚｅ ” 来划分网格，采用６级细分。床身是通过地脚螺钉将工强度和刚度对整机性能和加工工件的精度均有很大影响。为提高卷作台的底板和地面固定连接的，所以底板面的各个节点视为全约板机的性能和减少耗材，降低生产成本，需对其进行优化设计。束。考虑床身结构的对称性，在对称面上施加对称约束。１．３计算结果分析针对上述情况，本文在三辊卷板机工作原理的基础上，以某大型卷板机为例，利用有限元软件建立床身的有限元模型，对其进行求解后，床身的应力和变形云图如图２所示。从分析结果可看出床身筋板处为应力集中高应力区，上底板中受力分析及优化改进。心处为最大变形区。床身应力沿床身长度方向分布是均匀的，但应１卷板机床身的有限元分析力值偏小。从变形图看出床身在最大工况下Ｙ方向上的变形为０．４７１１．１卷板过程中床身的受力分析毫米，床身平均应力值是６０．０Ｍｐａ左右，由此得出床身结构性能远本文分析模型为某大型卷板机。具体参数：卷板材料为ｏ．２３５，工满足要求。说明设计的床身在材料的使用上有些浪费，可进一步对件卷制最小半径６（￣ｎｍ，两下辊中心￣７００ｍｍ，下辊直径５２０ｍｍ，上床身的结构进行优化。辊直径６８０ａｍ。ｒ三辊卷板机卷制钢板时，钢板受力情况，如图１所示。２床身的模态分析根据受力平衡，可以得到下辊作用于板料上的支持力Ｆ，。

大型机械结构模态分析与优化设计

大型机械结构模态分析与优化设计随着科技的不断发展，大型机械的设计和制造越来越重要。

在这个领域，模态分析和优化设计是不可或缺的工具。

模态分析是一种分析结构的固有振动方式和频率的方法，可以帮助设计师预测和避免问题。

优化设计则是通过对结构参数进行优化，以使其满足给定的性能要求，同时减少材料消耗，提高生产效率。

大型机械结构的模态分析通常涉及有限元法、模态超载法等方法。

这些方法可以通过计算机模拟出结构的固有振动模态和频率。

根据模态分析结果，设计师可以确定结构存在的问题，例如地震或风荷载下的结构动态响应。

通过改变结构参数来优化模态分析结果，设计师可以避免这些问题的出现。

模态分析结果还可以用于确定结构的最小自由振动频率，以此为基础设计结构的防振系统。

除了模态分析，还需要对大型机械的优化设计。

优化设计根据给定的性能要求，确定结构的最优参数。

这些要求包括静态刚度、动态响应、材料消耗、生产工艺等。

优化设计可以通过有限元分析、参数化建模、统计分析等方法来实现。

这种优化方法不仅可以节省材料，减少生产成本，同时也可以提高结构的可靠性和安全性。

在大型机械结构设计中，模态分析和优化设计是相辅相成的。

模态分析可以帮助设计师预测结构的问题，而优化设计可以根据这些结果来改进结构。

这两者都需要结构力学知识的支持，特别是有限元法和优化算法。

为了更好地应用这些方法，需要对结构力学有深入的理解和掌握现代计算机模拟技术。

在大型机械的设计中，无论是模态分析还是优化设计，都需要有足够的时间和资源的支持。

要获得高质量且可靠的模拟结果，需要同时考虑结构的实际情况和模拟的精度。

例如，模拟时需要考虑结构的材料性质、几何形状、加载条件、边界条件等。

此外，为了确保仿真结果的可靠性，需要进行多次模拟和验证。

总之，大型机械结构的模态分析和优化设计是现代工程领域的重要组成部分。

这些方法可以帮助设计师预测结构的行为和性能，并改进其设计。

通过协同工作，设计师、结构工程师和计算力学专家可以开发出更优秀、更可靠的大型机械结构，从而推动现代工程技术的不断发展。

大型船用卷板机上辊挠度分析及支承结构优化

免不必要的浪费。为减小上辊的挠度变形、上卷板机梁结构设计和挠度补偿等提供了方案和理论依据。关键词：卷板机；挠度；承结构优化支［ｂｔｃ】ｅｄｇｅｅｔｎｏｐｒｏｅｎｉｌｉｐｃｅｏｅｏｉａ－ＡｓａｔＢｎｉｆｃｏｕｅｌｒｏｂｄｇｏａｔｔｓｏｔｒｎｑｌｒｎｄｌｉｆｐｒｌｓｅｎｒｌｍｓｈｍｔｎｈｆｍｇｕｉｆ１ｒｅｍｒｅｔｅｐｏｅｓｇａｃｒｃｅｔｂｎｉ，ｅｈｎｃｌａａｓｏｅｕｐｒｒｌｒｎｏｄｒｔｉｐｏｈｒｃｓｉｕａｙｏｓｅｅｄｎｍｃａｉａｎｌｉｆｒｔｐｅｏｅｏｖｎｃｆｈｇｙｓｈｌｓｓｍｒｅｍｒｅｂｎｉａｈｎＯｔｋｎａｄｔｅｖｉｉｎｆｅｔｎｃｕｅｙｄａｗｉｔｙｔｏｌｇａｉｅｎｍｉＷ．ａｅ，ａａｏｓｏｄｌｃｏａｓｄｂｅｄｅｈｅｆａｎｄｇｃｅＳｎｈｒｔｆｅｉｇ
中图分类号：Ｈ１，Ｇ１３文献标识码：Ｔ６Ｔ２Ａ
ｂｓｄｏＮＹ．ｅｏｏｎ，ｏａｉｎｎｅｉｐｓｄｌｓｂａｉｌｒｏａｃｒｉ２ｍｇａｅｎＡＳＳｔＡｕｔｌｃｏｓａｄｔｏｅａｅｎｒｌｓｅｔｎ１ｌｅ僦一ｈｎｔｈｍｏｏｒｇｏｅｄｆｆａｒａｒｅｂｎｉａｈｎｅｅｏｔｚｄｒａｏａｌ，ｈｃｏｏｌｃｎｒｄｃｅｅｔｎｏｅｒｌｒｏａｉｅｄｎｍｃｉｅｗｒｐｉｅｓｎｂｙｗｉｎｔｎａｅｕｅｄｆｃｏｎｔｏｅｎｇｍｉｅｈｙｌｉｈｌｔｌｇｘｅｔｂｔｓａｎｕｅｔｅｅｏｏｃｅｕｉｔｅｓｕｔｒｔａｏｎｅｅｓｙｗｓｅａｄｐｏｒａｅｅｔｎ，ｕａｏｃｎｅｒｈｃｎｍｉｓｃｒｙｏｈｔｃｕｅｏｖｉｕｎｃｓａａｔ，ｌｓｔｆｒｄｒｎｒ— ｖｄｄａｓｈｍｄｔｅｒｔａａｉｆｒｅｕｉｇｔｅｄｅｔｎｏｕｐｒｏｌ，ｅｉｉｇｔｅｕｐｒｅｍｉｅｅｅａｏｅｉｂｓｏｄｃｎｅｃｉｐｅｌｒｄｒｈｆｏｆｌｒｅｇｈｂ

机械设备的模态分析与优化设计

机械设备的模态分析与优化设计随着科技的不断发展，机械设备在工业生产中扮演着重要角色。

为了提高机械设备的效率和稳定性，模态分析与优化设计这一重要技术应运而生。

本文将对机械设备的模态分析和优化设计进行探讨。

一、模态分析模态分析是研究机械设备振动特性的一种方法。

它通过对机械结构进行振动测试和模态识别，得到结构的固有频率、模态形态和振动模态等信息。

模态分析有助于揭示机械设备存在的问题，如共振、应力集中和稳定性等，并为优化设计提供依据。

机械设备的模态分析通常涉及使用高精度传感器进行振动测量，采集设备在不同工况下的振动数据。

这些数据经过信号处理和频谱分析等处理手段，得到设备的频率响应曲线和振动模态图。

通过分析与对比这些数据，可以确定设备的固有频率和主要振动形态，识别可能存在的问题和缺陷。

二、优化设计模态分析为机械设备的优化设计提供了重要的依据。

优化设计旨在提高设备的性能、减少振动和噪声、延长使用寿命等。

在模态分析的基础上，可以对机械设备的结构进行调整和改进，以优化其振动特性。

优化设计的方法有很多种，例如材料优化、结构优化和参数优化等。

在材料优化方面，可以选择适合的材料，以提高设备的刚性和耐久性。

在结构优化方面，可以通过调整连杆、减小轴承间隙等方式，改善设备的振动特性。

在参数优化方面，可以通过对传动系统的参数进行调整，以减少设备的共振现象。

三、模态分析与优化设计的应用模态分析与优化设计广泛应用于各个领域的机械设备中。

比如，在汽车制造领域，通过对发动机和底盘等关键部件进行模态分析和优化设计，可以提高汽车的舒适性和安全性。

在航空航天领域，通过模态分析和优化设计可以降低飞机的振动水平，提高飞行稳定性和燃油效率。

在工业制造领域，通过对机械设备的结构和参数进行模态分析和优化设计，可以提高生产效率和产品质量。

结语机械设备的模态分析与优化设计是提高设备性能和可靠性的重要手段。

通过模态分析可以了解设备的振动特性，发现潜在问题和缺陷，并为优化设计提供依据。

大型振动台夹具的模态分析及结构改进

第31卷第5期苏州大学学报（工科版）Vol.31No．5 2011年10月JOURNAL OF SOOCHOW UNIVERSITY（ENGINEERING SCIENCE EDITION）Oct．2011文章编号：1673－047X（2011）－05－0056－04大型振动台夹具的模态分析及结构改进孙晓洁1，陈俊2，王安柱1，朱忠奎1（1．苏州大学城市轨道交通学院，江苏苏州215021；2．东菱振动试验仪器有限公司，江苏苏州215011）摘要：振动台夹具是振动台上用以固定被试件的关键结构件，首先应满足被试件的安装要求，其次为了能在试验频率范围内对被试件开展振动试验，其结构模态应有尽量高的固有频率，并避免与试件发生共振耦合。

在设计夹具的基础上，分析其前十阶的固有模态，并根据其固有频率的高低改进了结构，使得模态符合试验要求。

关键词：振动台；夹具；模态；固有频率中图分类号：TH16；U467文献标识码：A0引言对于大型振动台夹具，首先要确定出对夹具的固有频率和振型的要求，夹具设计完成后应对固有频率进行校验，根据验算结果对夹具进行改进设计并最终使夹具满足设计要求［1］。

在振动环境中，夹具的第一阶固有频率应高于最高试验频率，还应避免发生夹具与产品的共振耦合［2］。

本文据此进行了大型振动台夹具的结构改进。

据上所述，设计夹具时需计算结构的固有频率。

建立结构的力学模型时可将产品合理简化为杆、梁、板、壳等构件的组合，理论上应将这些构件作为多自由度系统进行动力学分析，它们各自有其固有频率，夹具整体的固有频率与各组成构件的固有频率有一定的数学关系，准确的数值可通过理论计算和试验验证的方法获得［3］。

对于大型复杂夹具，理论计算过于繁琐，直接对样品进行振动试验验证增大了设计成本。

现在，工程上广泛应用有限元分析软件对构件进行动力学分析，这是精确、实用的技术分析方法之一。

本文采用ANSYS有限元软件对振动台夹具进行模态分析以解得振动台夹具的固有频率，分析其合理性并进行结构改进。

某大型卷板机设备基础损坏分析及其优化设计

某大型卷板机设备基础损坏分析及其优化设计摘要：大型设备的基础受力复杂，应力变化多，其自身强度和可靠性直接影响着设备运行的稳定性。

因此，在设计设备基础时，需要详细核算所承载设备对基础的作用力，并充分考虑循环应力造成的影响。

本文就某大型卷板机设备基础开裂损坏情况进行分析并提出优化设计方案，主要包含设备基础损坏情况介绍，基础受力分析计算，基础损坏原因分析和优化设计方案四个方面。

关键词：设备基础；分析；优化设计；减速箱；引言设备基础是用来支撑设备的、承载设备全部或部分重量的钢筋混凝土构筑物，通常还包含地脚螺栓孔和各类预埋钢板。

大型设备的基础受力复杂，应力变化多，其自身强度和可靠性直接影响着设备运行的稳定性。

因此，在设计设备基础时，需要详细核算所承载设备对基础的作用力，并充分考虑循环应力造成的影响。

以下从设备基础损坏情况介绍、基础受力分析计算、基础损坏原因分析和优化设计方案四个方面做介绍。

1.设备基础损坏情况介绍：某公司购置有某大型三辊卷板机44"/46"×10'，上辊直径44英寸（1117.6mm），下辊直径46英寸（1168.4mm），工作长度10英尺（3048mm），该设备为早期进口美制设备，部分设计资料已经缺失。

设备采用落地安装方式，基础坑平面尺寸约16m×12m，最深处-2.8m，包含卷板机主机、减速箱、液压站三个主要部分，基础共计称重约950T，为钢筋混凝土结构，原安装时采用二次灌浆方式固定地脚螺栓并使用螺母将卷板机主体与减速箱固定在基础上。

卷板机主机与减速箱分别安装在同一设备基础坑内的不同设备安装平台上，通过联轴器连接。

图1 某大型三辊卷板机设备基础设计图该设备采用3台液压马达驱动，其中2台液压马达通过大型减速箱减速后，带动卷板机下辊工作，另一台液压马达与上辊采用直连方式传动。

图2 某大型三辊卷板机侧视图（右侧为减速箱）设备安装运行约6年后，卷板机减速箱四周混凝土基础出现开裂现象，部分地脚螺栓被设备拔出，设备无法稳定运行。

压力机上梁结构多目标优化设计

第3期0引言随着我国制造业的快速发展,市场对机械设备的设计周期和设计质量提出了更高的要求。

在这种情况下,传统的人工设计方法显然已经不能满足需求。

人工设计方法计算量大,设计周期长,且过于依赖人员设计经验,这导致同类机型的设计重复使用程度较低,所设计的机械结构往往过于保守,会出现材料冗余、机械结构过大等现象。

因此,产品优化设计非常重要。

通过合理的安全系数和科学的机械结构,我们既能保证产品的质量和安全,又能节省材料和降低生产成本,从而保证产品的竞争力[1]。

科学家在设计优化方面的研究确实取得了很多成果,其中多目标优化方法的应用尤为重要。

崔颖等人通过采用S 指数作为密封性能评价指标,并运用多岛遗传算法进行优化,成功地提高了航空级钛合金梁的几何连接构型表现[2]。

方阳等研究人员利用先进的遗传算法[3],成功优化客舱轻量化设计,实现了约20%的减重效果,为轻量化投计提供了有力依据。

李航等[4]基于6σ稳健优化设计,对门架结构进行优化,成功将自重降低了21%,同时大大提高了门架结构的可靠性和稳定性,为未来优化设计提供了理论指导。

吴胜军等[5]采用多用途非支配排序遗传算法对客车空气悬架关键结构部件C 型梁进行了优化设计,实现了约2.6kg 的减重效果。

机械设计优化中,由于每个设计变量和目标函数可能相互关联或矛盾,处理多目标优化问题时通常难以获得所有目标函数的“绝对”最优解[6][7]。

因此,多目标优化方法比单目标优化方法更具优势,能够综合考虑必要因素,协调各目标函数之间的矛盾,得到满足多目标需求的解决方案。

1上梁结构有限元分析本文以上梁应力分布和等效变形数据为优化设计依据。

首先,利用有限元软件对上梁结构进行仿真分析,得到上梁应力分布和等效变形数据。

由于上梁结构的轴向变形对整机的性能和使用载荷命影响巨大,因此本文主要研究了上梁结构的轴向变形。

该上梁结构采用Q 235焊接件材料,考虑安全系数,最大应力极限值为130M Pa 。

大型机械结构的模态分析与优化设计

大型机械结构的模态分析与优化设计大型机械结构广泛应用于现代工程领域，其性能稳定性和可靠性直接影响工程的长期使用效果。

因此，对大型机械结构进行模态分析与优化设计，成为提高结构性能的重要手段。

本文将介绍大型机械结构的模态分析与优化设计方法，并结合实际案例进行分析与讨论。

一、模态分析方法模态分析是研究结构振动特性的重要手段，通过模态分析可以获得结构的固有频率和振型。

常用的模态分析方法包括有限元法、边界元法和解析法等。

其中，有限元法是应用最广泛的方法之一。

在大型机械结构的模态分析中，首先需要建立结构的有限元模型。

有限元模型的建立需要考虑结构的几何形状、材料性质以及边界条件等因素。

通过对结构进行网格划分，将结构划分为若干个小单元，再根据每个小单元的材料特性和几何形状进行受力分析，最终得到结构的动力特性。

模态分析得到的振型和固有频率对于大型机械结构的设计和改进具有重要意义。

通过模态分析可以发现结构的主要振型，从而合理抑制结构的共振现象，提高结构的稳定性和可靠性。

此外，模态分析还可以为结构的动力特性分析和优化设计提供参考依据。

二、优化设计方法在大型机械结构的优化设计中，通常以降低结构的振动响应为目标，通过对结构的几何形状、材料性质和边界条件等参数进行调整，使得结构的动态响应满足一定的约束条件。

优化设计方法最常用的是参数优化方法，其核心思想是通过对设计参数的调整，使得结构的频率响应函数最小或在一定范围内。

常用的参数优化方法包括梯度法、变尺度法和遗传算法等。

在大型机械结构的优化设计中，还需要考虑结构的可靠性和经济性。

可靠性是指结构在设计寿命内不发生失效的概率，经济性则是指在满足性能要求的前提下，尽量减少结构的材料和成本。

因此，综合考虑可靠性和经济性的优化设计方法成为当前的研究热点。

三、案例分析以一台大型机械振动筛为例，进行模态分析和优化设计。

首先，建立振动筛的有限元模型，考虑结构的几何形状、材料性质和边界条件等因素。

论文900t提梁机主梁结构分析和有限元模型

900t提梁机主梁结构设计和有限元分析摘要利用三维建模软件Solidworks对900t提梁机主梁进行结构设计，并用ANSYS 软件对其进行有限元分析，其中分析内容包括对900t提梁机主梁的静态分析、模态分析和瞬态分析，以此验算提梁机主梁结构的强度和刚度是否符合设计要求。

关键字900t提梁机主梁有限元分析静态分析模态分析瞬态分析刚度强度1、研究背景及意义随着社会进步的不断发展，生产技术的不断发提高，各施工环境对吊装机械越来越苛刻的要求，同时整体吊装工程越来越普遍，这就要求吊装机械的起重能力、作业幅度和高度越来越大，大型起重机的市场需求随之增长很快。

就其功能来说，提梁机是将预制好的钢筋混凝土梁段吊装到预定的位置上。

由于它必须受到现场地势情况、梁片重量以及相邻桥墩的跨度等多方面因素的影响，因而造就了提梁机在设计和施工上的难度。

针对不同的工作环境，就需要有满足相应生产条件的架桥机，这不仅是行业上的一大挑战，同时也使得各种各样的提梁机应运而生。

国内大型吊装用起重设备已由过去单一的抱杆方式，逐步扩大发展成为以高性能、更安全可靠的大型移动式起重机为核心的吊装设备。

而且大型移动式起重机机动性和作业灵活性等特点也深受业内的青睐。

除此以外，浮式起重机和龙门起重机也都担负着海上和造船用大型吊装工作。

其中，用于海上吊装的浮式起重机国内最大吨位已达到38000kN，适于固定场合吊装的龙门起重机最大吨位为9000kN。

常用的大型移动式起重机主要有轮式起重机和履带起重机，国内在这方面正逐步向大吨位发展。

发达国家早在20世纪70年代就已生产制造和广泛使用大型移动式起重机，而且仍在不断研究新技术和新结构，向更大吨位挑战。

2、国内外发展现状国内履带起重机和轮式起重机的开发能力还主要处于中小吨位级别。

从产品规模、吨位大小和可靠性方面与国外还是有一定差距，这需要我们在不断消化吸收国外先进技术的基础上，立足于国际化配套，更快地提升产品质量和性能，扩大生产规模。

基于模态分析的大型立式电机定子结构改进

32机电技术2017年8月基于模态分析的大型立式电机定子结构改进宿德鹏张贵滨徐文吉(哈尔滨电气动力装备有限公司,黑龙江哈尔滨150060)摘要:以某水利枢纽泵站电机为例，利用有限元法对大型立式电机的定子进行了整体模态分析，得到了定子的固有频率和相应模态振型;采用对上机架安装支臂以及增加机座支撑钢管厚度的方法对结构进行改进,有效提高了定子的刚度和自振频率，避开了电机的转频以及电磁拉力干扰频率，确保了电机运行时的安全f t。

关键词:有限元法;立式电机;固有频率;定子结构中图分类号:TH122 TV734文献标识码:A文章编号:1672-4801(2017)04-032-03D01:10.19508/ki.l672-4801.2017.04.010电机振动是造成电机破坏的主要原因之一，研究和控制电机的振动问题是国内外电机制造企业的重要课题。

电机的动态特性与电机振动及噪声有关，与电机系统的固有频率的大小和分布有着密切的关系。

大型立式电机的承载结构属于级级传递形式，在电机运转过程中，当电机处于某种工作环境或激励状态时，在其自身惯性力和外部激励的共同作用下，当外部激励的某阶激励频率与电机的某阶固有频率接近或相等且激励力足够大时，电机容易产生共振现象，从而严重地影响电机的工作稳定性[1]〇定子是电机中直接承受电磁力作用且容易产生振动的部分。

应用模态仿真方法，对定子进行模态仿真，获得定子的固有频率和振型等参数，有利于确定电机的优化结构方案，降低电机的振动噪声，提高电机动态性能和安全性[1]〇研究电机定子振动特性的方法主要有解析法、实验法和有限元法。

陈超利用解析法研究了大中型电机定子振动的固有频率。

解析法需对结构进行较多简化再计算，无法深入研究整体结构各部件对定子振动特性的影响[2]。

陈永校利用实验法分析了定子模态及端盖对定子振动的影响[3],但对大型电机进行实验难度较大、成本较高。

大型三辊卷板机机架的强度与刚度分析

3. 2
板壳单元有限元模型( 简称模型 II) 该模型将机架的各部件都采用板壳单元来离散, 分析对称卷板和非对称卷板两种荷载工况下的应力和
第 23 卷
第 1期
张
晶等 : 大型三辊卷板机机架的强度与刚度分析
49
变形情况。其中 P 1 施加在约 80 个单元上 , P 2 施加在约 9 个单元上。
图 3 平面应力模型位移等值线图
表 1 机架材料性能参数表部件上联结体结构件缸套下联结体材料名称 ZG230- 450H Q235 ZG310- 570 ZG230- 450H 弹性模量 E/ GPa 205. 8 210. 0 205. 8 205. 8 泊松比 / 0. 30 0. 30 0. 30 0. 30 许用应力 [ ] / Mpa 7590 6070 100120 7590
由表 3 可得 : 工况 2 作用下机架的位移大于工况 1 作用时的位移 , 所以可以只考虑工况 2 作用时的情况, 见图 8。同时, 左半机架的位移大于右半机架位移。从数值上分析, 机架的位移均较小 , 在卷板机的使用
50 中是可以接受的。
武
汉
理
工
大
学
学
报
2001 年 1 月
图8
板壳元模型在工况 2 下的位移图
图 4 平面应力模型最大主应力等值线图
3. 2. 1 应力分析板壳模型两种工况下各部件的最大应力在表 2 中给出, 分析表 2 和其他应力结果, 结构在工况 2 作用下相对较危险, 以下仅讨论工况 2 作用时的情况。在该工况下的最大主应力分布见图 5。
图5
模型 ! 最大主应力等值线图 ( 工况 2)
图6
上联接体应力分布图 ( 工况 2)

机械结构模态分析与优化设计

机械结构模态分析与优化设计机械结构在现代工程领域中扮演着重要的角色，其稳定性和工作效能对于提高机械设备的性能至关重要。

在机械设计中，模态分析和优化设计是两个关键步骤，旨在研究和改善结构的振动特性和强度。

模态分析是一种常用的工具，用于研究和预测机械结构的自然频率、振型和模态。

通过模态分析，我们可以了解结构在不同频率下的振动情况，并找到导致结构振动异常的原因。

此外，模态分析还能够帮助设计师评估结构在工作条件下的稳定性。

在进行模态分析之前，首先需要对机械结构建立数学模型。

常见的方法包括有限元法和边界元法等。

有限元法是一种应用广泛的数值计算方法，通过将结构离散化为有限数量的小单元，再对每个小单元进行求解，从而得到整个结构的响应。

而边界元法则是以结构表面为参考，将结构划分为多个小单元，通过求解表面单元的边界条件来得到结构的模态。

完成模态分析后，接下来是进行优化设计。

优化设计目标是通过调整结构的几何形状、材料和尺寸，以改善其振动特性和强度。

在优化设计中，常用的方法包括材料削减、几何形状优化和尺寸优化等。

材料削减是通过优化材料的选择和使用，使结构在满足性能要求的同时减少重量和成本。

例如，使用高强度材料替换传统材料，可以在不降低结构强度的情况下减轻结构重量，提高结构的振动特性和响应。

几何形状优化是通过调整结构的形状，以改善其刚度分布和振动模态。

通过添加几何特征如肋骨、加强筋等，可以提高结构的刚度和强度，减小振动幅度。

此外，优化结构的外形可以改变结构的流线型，降低空气阻力，提升工作效率。

尺寸优化是通过调整结构的尺寸参数，以改善其振动特性和强度。

在进行尺寸优化时，需要注意结构的自重和惯性力的影响。

通过合理设计结构的尺寸，可以减小结构的共振频率，提高结构的稳定性和响应。

除了上述方法，还可以使用多目标优化算法来解决模态分析和优化设计的问题。

多目标优化算法能够同时优化多个目标函数，找到平衡多个性能指标之间的最佳解。

如遗传算法、粒子群算法和差分进化算法等。

大型电机上机架结构分析及优化设计

２００２：５９３２ —５４．
（辑：编梁玉）
［］颜渐德，刘国荣．基于ＤＰ无速度传感器直接转矩控制系统５Ｓ
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓｓ
（接第３上０页）
一
般来说，结构优化问题的数学模型可描述为］：
＝［。２－］，，・・
表２优化结果
求
使
ｍｉ（）ｎＦ
并满【；０ｍ：２，且足｛），－＋’…ｒ＝２＋，（（ ’ ）芝 ‘ ｌｍ．＿ ’．，ｍ
图２应力、变形云图
计要求的重量最小的上机架。
（下转第４ｌ页）
Ｌ —————］——— ｒ——————・—— ］ — ——］—— ———Ｉ — Ｌ
维普资讯
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
参考文献：
的设计［］．机电产品开发与创新，２０，１（）２ — Ｊ０６９３：１９
维普资讯
维普资讯
业信息化
图１
模态分析云图
重量。
表１
静力学分析结果
静力学分析结果如表ｌ示，变形云图如图２所示。所
由静力学分析可知：

基于Hyperworks大型卷板机上梁轻量化设计

基于Hyperworks大型卷板机上梁轻量化设计吴劲松;周金宇【摘要】以某大型卷板机上梁为研究对象,建立基于Hyperworks的上梁有限元模型.首先,通过拓扑优化,根据密度云图所示的材料分布,在上粱原有筋板结构基础上改进筋板布局;再运用有限元分析方法,对上梁关键尺寸进行性能指标的灵敏度分析;利用最小二乘法,得到上梁各关键尺寸变化时质量对结构刚度和强度变化影响的灵敏度;最后,利用Optistruct优化模块,建立以灵敏尺寸作为优化参数,满足结构强度、刚度和板厚度尺寸为约束,整体质量最小为目标的尺寸优化,得到最佳的尺寸配置.优化后的结构质量下降4.431吨,取得很好的优化效果.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】5页(P210-214)【关键词】上梁;轻量化设计;拓扑优化;灵敏度分析;尺寸优化【作者】吴劲松;周金宇【作者单位】江苏理工学院常州市装备再制造工程重点实验室,江苏常州213001;江苏理工学院常州市装备再制造工程重点实验室,江苏常州213001【正文语种】中文【中图分类】TH6;TH122卷板机是将金属钢板卷制成圆弧形或者圆锥形的专业成型设备，是造船、锅炉、石油化工以及压力容器等行业必不可少的关键设备。

随着卷板机卷板能力的不断提升，工程上对于卷板机的设计要求也不断提高。

上梁是大型卷板机的主要骨架之一，它是连接卷板机的机架和上辊，使上辊在工作过程中能承受各种载荷，实现对上辊挠度的补偿，其结构的强度和刚度对整机的性能和加工工件的精度均有很大的影响［1］。

现有的卷板机上梁由不同厚度钢板焊接而成的箱体结构件，其质量和体积庞大，且由于主要采用经验设计方法，结构保守、成本高、设计周期长。

为节省材料、降低成本并提高结构整体性能，需对现有的上梁结构进行优化。

根据不同的设计变量类型和设计阶段，结构优化设计可分为尺寸优化、形状优化及拓扑优化。

结构的优化设计已相当成熟，并大量的用于机床、汽车、航空等结构件的优化及轻量化设计中［2-4］。