基于ANSYS圓盤(pán)類(lèi)零件模態(tài)分析

摘 要：基體法蘭圓盤(pán)類(lèi)零件在機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)常應(yīng)用，且伴隨著一定的振動(dòng)。本文利用ANSYS軟件對(duì)某機(jī)器的法蘭盤(pán)進(jìn)行了模態(tài)分析，模態(tài)分析提供了研究各種實(shí)際結(jié)構(gòu)振動(dòng)的一條有效途徑，從而為以后應(yīng)用過(guò)程中提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：法蘭盤(pán) ANSYS 模態(tài)分析

圓盤(pán)類(lèi)零件是在機(jī)械傳動(dòng)中經(jīng)常用到的零件，主要是用來(lái)傳遞一定的轉(zhuǎn)矩。在使用此零件過(guò)程中，要注意其中的振動(dòng)，不然會(huì)使傳遞的轉(zhuǎn)矩?fù)p失，對(duì)機(jī)器造成一定的破壞。ANSYS軟件是由美國(guó)ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(Finite Element Analysis，F(xiàn)EA)軟件，已廣泛應(yīng)用于機(jī)器、建筑物、船舶等，其動(dòng)力學(xué)分析中的模態(tài)分析直接對(duì)零件振動(dòng)特性做出數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析，會(huì)避免由扭轉(zhuǎn)變形等帶來(lái)的不利影響，防止零件的斷裂。用ANSYS對(duì)其作出分析，能夠防止機(jī)器由于振動(dòng)等帶來(lái)的不利影響。

一、法蘭盤(pán)的建模

法蘭盤(pán)的材料為Q235A，密度7.8×103kg／m3，泊松比為0.3，彈性模量145GPa。利用Solidworks軟件對(duì)法蘭盤(pán)進(jìn)行建模，保存格式為Parasolid（*.x_t）類(lèi)型，并導(dǎo)入ANSYS環(huán)境中。Solidworks建模如圖1所示。

二、網(wǎng)格的劃分

網(wǎng)格劃分采用智能網(wǎng)格劃分，定義單元類(lèi)型為二十節(jié)點(diǎn)三維單元SOLID186，網(wǎng)格的大小為5，節(jié)點(diǎn)數(shù)11915，單元數(shù)7335。如圖2所示。

三、模態(tài)分析

模態(tài)求解，采用Block Lanczos法，設(shè)置提取模態(tài)和擴(kuò)展模態(tài)的數(shù)目為15，設(shè)置頻率范圍為0至100000，邊界約束條件為零位移約束。分析結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3為總的應(yīng)力圖。從圖中可知，在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，此零件旋轉(zhuǎn)的應(yīng)力變化不大，主要是在孔的邊緣處，顯示應(yīng)力集中的現(xiàn)象。在應(yīng)用此零件時(shí)，主要是用必要的措施，減小孔的邊緣部位應(yīng)力集中，防止由于應(yīng)力集中而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

圖4為總的振型圖。從圖中可知位移變化量比較大的區(qū)域集中在孔的兩側(cè)，發(fā)生了彎曲振動(dòng)。在平時(shí)應(yīng)用時(shí)應(yīng)該注意頻率的大小，避免長(zhǎng)時(shí)間在該頻率下工作，否則會(huì)由于振動(dòng)而引起破壞失效。

綜上所述，有限元與ANSYS的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了圓盤(pán)類(lèi)零件的參數(shù)化，由此為改進(jìn)零件運(yùn)轉(zhuǎn)提供了依據(jù)。在劃分網(wǎng)格過(guò)程中，要注意要?jiǎng)h除圓角，不然會(huì)對(duì)ANSYS分析有誤差。圓盤(pán)類(lèi)零件的應(yīng)力和位移圖由外而內(nèi)逐漸增大。在使用此圓盤(pán)的時(shí)候，應(yīng)該由此推斷：使用此零件在某個(gè)頻率范圍內(nèi)，振動(dòng)位移量最小，防止由于振動(dòng)而發(fā)生斷裂。

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（作者單位：河北省石家莊市高級(jí)技工學(xué)校）