卷板機(jī)是用于彎曲金屬板材的鍛壓設(shè)備，是鍋爐、造船、石化、金屬結(jié)構(gòu)、水泥機(jī)械、化工機(jī)械、機(jī)械制造領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備之一[U]。隨著卷板機(jī)卷板能力的不斷提高，振動和噪聲開始引起人們的關(guān)注，對其動態(tài)性能和振動問題的研究也越來越重要。上梁是卷板機(jī)的主要骨架之一，它連接卷板機(jī)的上輥和機(jī)架，使上輥在工作過程中能夠承受各種載荷的作用，實現(xiàn)對上輥撓度的補(bǔ)償。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅要保證上梁有足夠的靜強(qiáng)度和剛度，還必須考慮各種動態(tài)因素的影響，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的動力分析，以達(dá)到抗振、安全、可靠的目的。

1卷板機(jī)上梁的自由模態(tài)分析自由模態(tài)分析用于確定設(shè)計結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動特性(固有頻率和振型)，結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)，同時也可作為瞬態(tài)動力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析問題的起點Ua o Ansys提供了7種模態(tài)分析方法:Block Lanczos法、Subspace法、Powerdynamic 法、Reduced法、Unsymmetric法、Damped法和 QR Damped法t3]。

針對卷板機(jī)上梁的具體結(jié)構(gòu)，采用算法簡單、收斂速度快、精度高，適用于大型對稱特征值求解問題的Lanczos法。

1. 1上梁建模及導(dǎo)入Ansys 大型數(shù)控船用卷板機(jī)上梁屬于大型結(jié)構(gòu)件，因此，在建模前對上梁進(jìn)行合理的簡化。本文根據(jù)上梁的具體結(jié)構(gòu)形式及受力特點，略去尺寸較小不作為主要承力部件以及明顯不會影響整體強(qiáng)度及剛度的部分，如螺栓孔和銷釘孔、倒角。在這個過程中既要對分析對象進(jìn)行合理的簡化以便于計算，又要確保原始分析對象的主要結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能不發(fā)生變化。采用Solid Works建模，然后將保存為Parasolid 格式文件的模型導(dǎo)入Ansys。

1.2有限元單元類型的選取 在選擇單元時，不但要全面反映結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，同時應(yīng)盡可能選擇簡單的單元以節(jié)約計算時間[’]。常用的三維實體結(jié)構(gòu)單元有Solid 45, Solid 92, Solid 95和Solid 185等.木文采用四面體一卜節(jié)點線性單元Solid 92。四面體有很好的曲線邊界性，應(yīng)用于邊界形狀復(fù)雜的實體非常方便。Sol- id 92單元侮個節(jié)點有3個移動自由度，可以很好地劃分不規(guī)則的網(wǎng)格，節(jié)省計算時間。

1.3網(wǎng)格劃分 有限元分析中，模型網(wǎng)格劃分越細(xì)致、單元階次越高，則計算結(jié)果越準(zhǔn)確，然而耗費的運(yùn)算時間也越長。木文采用Ansys提供的智能網(wǎng)格劃分工具“Smart Size”來劃分網(wǎng)格。當(dāng)采取等級為7 級時，共劃分出34 887個節(jié)點、43 773個單元: 若采用6級細(xì)分，則劃分出約17 620個節(jié)點、 53 163個單元。

1.4施加約束條件 施加約束時應(yīng)注意:約束要充分，保證剛度矩陣的非奇異性以獲得位移的確定解;沒有多余的約束，以避免增加計算剛度，使計算結(jié)果失真; 所施加的邊界條件必須符合實際工況:力求簡單直觀，便于計算分析周。自由模態(tài)分析的邊界條件:無任何約束。

通過優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)性能的對比，得出提高結(jié)構(gòu)模態(tài)性能的措施:

1)根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果，找出影響低階模態(tài)的關(guān)鍵零件，改進(jìn)關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)形式與尺寸，如增加加強(qiáng)筋、加凸臺、做翻邊、增加材料厚度等，以提高結(jié)構(gòu)的模態(tài)剛度。

2)采用密度較小的材料，降低模態(tài)質(zhì)量，但該措施易受到生產(chǎn)成木、材料特性和生產(chǎn)工藝的影響，在實際應(yīng)用中很少采用。

基于有限元模態(tài)分析理論，建立某大型卷板機(jī)上梁的有限元模型，對其進(jìn)行自由模態(tài)分析，了解上梁的動特性，為此類卷板機(jī)上梁的設(shè)計提供了理論依據(jù)和參考。對不合理的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高了上梁的固有頻率。提出提高模態(tài)性能的改進(jìn)建議，為大型卷板機(jī)整機(jī)的優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)和方法。