基于I-DEAS的架空索道线路支架有限元模态分析

摘 要 ：采 用 Ｉ － ＤＥ Ａ Ｓ软 件 对 某 架 空 索道 线 路 支 架 建 立 一 个 完 整 的 动 态 分 析模 型 ，通 过 模 态 分 析 。 计 算 出 其 前 １ Ｏ阶模 态 频 率 和 对 应 的 主 振 型 ，为 架 空 索 道 线 路 支 架 的设 计 和使 用 提 供 了有 力 的 技术 支持 。 关 键 词 ： 线路 支 架 ； 有 限 元 ；模 态分 析 ；Ｉ － Ｄ Ｅ ＡＳ软 件 ；架 空 索道
向量求 解方法 ， 它 忽略“ 主 自由度 ” 的选 取 ， 要 求较 少 的 数 据输入 ， 使 多次 迭代步 骤得 到避 免 ， 其 计算 速度 显著
优 于上 述两 种 方 法 ， 而且求解具有很高 的精度， 因此 Ｌ ａ ｎ ｃ ｚ ｏ ｓ 法 是求解 结构 固有 频率 和振 型 的常用方 法 。
第 ５期 （ 总第 １ ８ ０期 ）
２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（ ） Ｍ ＡＴＩ （ ） Ｎ
Ｎｏ ．５
Ｏｃｔ ．
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ６ ５ — ０ ２
值 范 围从 １到 自由度 的总数 目。
振 动 现象 是工 程 结 构 中 经 常遇 到 的 问题 ， 振 动会
导 致结 构 的共振 或 疲 劳 ， 从 而 对 其 造 成 破 坏 。如 果 对
结 构本 身 的 刚度特 性 有 所 了解 ， 由共 振 或 疲 劳 等 原 因
方程（ ３ ） 的假 定 条 件 为 ： ①结构是线性的， 如［ Ｍ］ 和［ Ｋ］ 保 持 为 常数 ； ② 简 谐 运 动方 程 Ｕ ＝Ｕ 。 Ｃ Ｏ Ｓ （ 叫 ） ，
且 通过 各 组件 的连 接 作 用 于 系统 的 各部 分 ， 对 索 道运 行 的安 全 可靠性 、 稳定性造成很大的影响 ， 因此 ， 有 必 要 对索 道线 路 支架进 行 模态 分 析 。本 文 以某 索道 ３号 三 圆柱 线路 支 架 为 例 ， 使用 Ｉ — ＤＥ ＡＳ软 件 建 立 其 实 体
为 自振 圆周 频率 。 ２ Ｉ － Ｄ Ｅ Ａ Ｓ软 件模 态计算 方 法 同步 向量迭代 法 （ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ Ｖｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｒ ｉ ｏ ｎ ，
Ｓ ＶＩ ） 、 Ｇｕ ｙ ａ ｎ Ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ法 和 Ｌ ａ ｎ ｃ ｚ ｏ ｓ 法是 Ｉ — Ｄ Ｅ ＡＳ软
由于本条 索道 位 于高 寒 高 海 拔地 区 ， 线 路地 形 地
貌 十分复 杂 ， 且要 求具 备很 高 的运载 力 ， 因此 线路支 架
结构 采 用 三 圆 柱 形 式 ， 总高 ３ ０ ｍ； ３号 支 架 材 料 为
若假 定 为 自由振 动 ， 即 Ｆ（ ￡ ） 一０时 ， 忽 略 阻尼 的影
中 图 分 类 号 ：ＴＭ７ ２ ６ ． ３： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
（ ［ Ｋ］ 一∞ 。 ［ 阅 ） ｛ Ｕ ） ＝｛ ０ ）。 …… …… …… （ ３ ） 由此便 可求 出 特征 值 和 特 征 向量 ｛ “ ） ， ｉ 的取
模型， 经过 网格 划分 ， 最后 进行 模 态分 析计 算 。
１ 模态 分 析基 本理 论 模 态分 析用 于确 定 工程 结构 或机 器 部件 的振 动特 性 。在对 结 构进 行设 计 与分 析 中 ， 固有 频 率 和振 型 是 重要 的参 数 ， 在结 构 动力 学分 析 中 ， 模 态 分析 理论 作为
用 于模 态分 析 的基本 方程 如 下 ：
［ Ｍ］ ｛ 矗 ） ＋［ ｃ ］ ｛ ） ＋［ Ｋ］ ｛ Ｕ ） ：｛ Ｆ（ ￡ ） ）。 … （ １ ）
其中． ［ Ｍ］ 为质量 矩 阵 ； ［ Ｃ ］ 为阻 尼矩 阵 ； ［ Ｋ］ 为 刚度 矩
阵； ｛ Ｕ ） 为位 移 向量 ； ｛ Ｆ（ ） ） 为作 用力 向量 ； ｔ 为时 间 。
件计算模 型 固有频 率 与振型 的 ３ 种 方 法 。Ｓ ＶＩ 法 的计 算 时 间相 对 来 说 有 些 长 。Ｇｕ ｙ ａ ｎ法 的计 算 时 间没 有
Ｓ ＶＩ 法长， 但 模 型 中 主 自由度 的选 取决 定 了计 算结 果
的精度 。Ｌ ａ ｎ ｃ ｚ ｏ ｓ 法 是 一 种 新 近 兴 起 的特 征 值 、 特 征
造 成 的损失 将得 到避 免 。模 态分 析 的 目的就 是确 定设
计 结构 的振动 特性 并得 到其 固有频 率和 振 型 。
客 运索 道 系统 的 组 成包 括 钢 丝 绳 、 线 路支 架 等重
要 部分 。其 整 体 系统工 作始 终存 在 着诸 如 车辆运 动对
钢 丝绳 的作 用 、 风对 车辆 和 钢丝 绳 的作用 等 动载荷 ， 并
基于 Ｉ － ＤＥＡＳ的架 空 索道 线路 支 架 有 限元模 态分 析
初 诗 农 ，王 宇 ，吴 洋 ，徐 淑梅
（ １ Ｊ 吉 林 电子 信 息职 业技 术 学 院 ，吉 林 吉林 １ ３ ２ ０ ２ １ ；２ ． 吉 林 机 械 工 业 学 校 ，吉 林 吉 林 １ ３ ２ ０ １ １ ）
响， 方 程简 化 为 ：
Ｑ２ ３ ５的 圆钢或 方钢 ， 各 部 件 经 过焊 接 连 为 一 体 ； 材 料 Ｑ２ ３ ５的 弹性 模 量 Ｅ＝ ７ ０ ＧＰ ａ ， 泊 松 比 ＝ ＝ ＝ ０ ． ３ ， 密 度 』 Ｄ ＝７ ８ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｍ。 。线 路 支架实 物结 构见 图 ｌ 。
鉴于 Ｌ ａ ｎ ｃ ｚ ｏ ｓ 法 在求 解特 征 向量与 特征 值 问题 时 具有 使用 方 便 、 计算 快、 准确度 高 等优点 ， 本 文在 卜
Ｄ Ｅ ＡＳ中对 ３号 支架模 态分 析计算 采用 Ｌ ａ ｎ ｃ ｚ ｏ ｓ 法。
３ 线路 支架 的模 态分析
基础 ， 是 谱分 析 、 谐响 应分 析等 其 他 ຫໍສະໝຸດ Baidu题 的起点 。