CN103729509A - 空压机车架动态分析方法 - Google Patents

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CN201310730680.8A
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尹辉俊
孙钊
莫翔明
刘媛媛
李峰
王新宇
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LIUZHOU FUZHEN CAR BODY INDUSTRY Co Ltd
Guangxi University of Science and Technology
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LIUZHOU FUZHEN CAR BODY INDUSTRY Co Ltd
Guangxi University of Science and Technology
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Abstract

本发明旨在提供一种空压机车架动态分析方法，该动态分析方法步骤包括：构造空压机车架的有限元模型，分别对有限元模型进行谐响应分析、模态响应分析与随机响应分析，利用谐响应分析得到的位移-频率曲线以及随机响应分析得到的PSD加速度响应曲线与模态响应分析结果中的低频频率进行对比分析，判断空压机车架结构是否符合质量要求。该分析方法克服现有空压机车架结构设计中需要通过大量的测试方能定型，开发成本高，周期长的缺陷，具有步骤简单、耗时短、可靠性强的特点，为空压机车架的优化设计提供理论依据。

Description

空压机车架动态分析方法
技术领域
本发明涉及车架结构分析领域，具体涉及一种空压机车架动态分析方法。
背景技术
我国的移动式空压机市场要占到整个压缩机市场越1/3的市场份额，作为一个新兴市场，移动式空压机的市场空间相对更大，利润更高。目前移动式空压机市场主要由台资和外资企业占据，市面上自主研发的空压机较少。车架是移动式空压机的主要承载件，目前国内对此类车架的设计仍处于经验设计阶段，对其空压机工作时的受力情况引起的对车架的破坏等问题还没有进行定量的研究，致使产品的初始开发阶段极易发生结构断裂，需要通过大量的测试方能定型，开发成本高，周期长。
发明内容
本发明旨在提供一种空压机车架动态分析方法，该动态分析方法克服现有空压机车架结构设计中需要通过大量的测试方能定型，开发成本高，周期长的缺陷，为空压机车架的优化设计提供准确理论依据。
本发明技术方案如下：一种空压机车架动态分析方法，包括以下步骤：
A、建立空压机车架有限元模型，定义单元属性和材料属性；将模型进行网格的划分，对于连接部位采用网格单元连接以承受及传递力；
B、对有限元模型进行谐响应分析，根据谐响应分析结果绘制易损坏点处的位移-频率曲线； 
C、对有限元模型进行模态响应分析，根据模态响应分析结果确定重点频率范围； 
D、根据步骤C确定的重点频率范围进行频率响应分析，在频率响应分析基础上进行随机响应分析，创建易损坏点的PSD响应曲线图；
E、分别对位移-频率曲线与PSD响应曲线进行分析，判断有限元模型是否符合质量要求。
步骤B中对有限元模型进行谐响应分析包括：约束有限元模型三个角的自由度，设置阻尼参数为0，对有限元模型施加谐波载荷，所述的谐波载荷振幅为1，频率为50Hz；所述易损坏点位于焊接处与横梁中部。
步骤C中，所述模态响应分析中的边界条件为约束有限元模型三个角的自由度。
步骤C中，所述模态响应分析确定前30阶的频率。
步骤D中，所述的频率响应分析频率响应分析过程如下：设置起始频率、结束频率、中间采样点，进行频率响应分析得到频率响应结果；所述的随机响应分析过程如下：在频率响应结果基础上，对有限元模型施加PSD激励信号，得到各易损坏点的PSD加速度响应曲线图。
步骤E具体如下：分别将各易损坏点位移-频率曲线、PSD加速度响应曲线图与对应模态响应分析结果进行对比，若各易损坏点的谐响应位移-频率曲线的峰值与PSD加速度响应曲线的峰值均避开模态响应分析结果中的低频频率，则该有限元模型符合质量要求，反之，该有限元模型不符合质量要求。
本发明空压机车架动态分析方法对空压机车架进行有限元动态分析，将谐响应分析、模态响应分析与随机响应分析进行结合，谐响应分析通过对有限元模型施加谐响应边界条件与谐波载荷，确定各临界频率，从而得到各易损坏点在各临界频率时的位移-频率曲线；对有限元模型的模态响应分析，根据模态响应分析结果确定需要重点关注的频率范围；根据上述频率范围对有限元模型进行模态响应分析，并在模态响应分析基础上对有限元模型施加PSD激励信号，进行随机响应分析，得到各易损坏点的PSD加速度响应曲线；通过对位移-频率曲线与PSD加速度响应曲线，进行全面分析 ，判断有限元模型是否符合质量要求，上述判断以位移-频率曲线与PSD加速度响应曲线的峰值是否避开模态响应分析结果中的低频频率为原则，避免了符合质量要求的空压机车架在实际使用中出现共振的情况。
综上所述，空压机车架动态分析方法通过有限元分析中的谐响应分析与随机响应分析进行结合，完成空压机车架结构的动态分析，具有步骤简单、耗时短、可靠性强的特点，为空压机车架的优化设计提供准确理论依据。
附图说明
图1为本发明空压机车架动态分析方法流程图。
图2为本发明实施例1中PSD激励参数设置图。
图3为本发明实施例1中PSD加速度响应曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
本实施例空压机车架动态分析方法步骤如下：
本发明技术方案如下：一种空压机车架动态分析方法，包括以下步骤：
A、建立空压机车架有限元模型，定义单元属性和材料属性；将模型进行网格的划分，对于连接部位采用网格单元连接以承受及传递力；
B、对有限元模型进行谐响应分析，根据谐响应分析结果绘制易损坏点处的位移-频率曲线； 
C、对有限元模型进行模态响应分析，根据模态响应分析结果确定重点频率范围； 
D、根据步骤C确定的重点频率范围进行频率响应分析，在频率响应分析基础上进行随机响应分析，创建易损坏点的PSD响应曲线图；
E、分别对位移-频率曲线与PSD响应曲线进行分析，判断有限元模型是否符合质量要求。
本实施例利用UG创建有限元模型，利用HyperMesh对有限元模型进行网格化，利用ANSYS进行谐响应分析，利用PATRAN进行随机响应分析，具体步骤如下：
1、通过UG完成空压机车架有限元建模；
2、利用HyperMesh对有限元模型进行网格化，网格单元采用壳单元模型，车架单元以四角形单元为主，三角形单元为辅，设置材料和属性，所用材料为20号钢, 其出厂状态下的屈服应力为220Mpa，最小抗拉强度为360Mpa，弹性模量2.1×105Mpa，泊松比为0.3，密度为7.8g/cm3；并对网格质量进行检查；
3、利用ANSYS进行谐响应分析，导入HyperMesh中的有限元模型，选择分析类型为Harmonic；施加谐波载荷，设置振幅为1、频率为50Hz；根据谐响应分析结果绘制模型上焊接处与横梁中部处的位移-频率曲线；
4、利用Patran导入有限元模型，创建模态响应非空间场，在非空间场内，创建载荷工况：其中；
5、进行频率响应分析：设置分析工况参数，其中集中力为1，起始频率为1 Hz，结束频率为200Hz，中间采样点为100；
6、创建随机响应分析非空间场，设置PSD加速度激励，PSD加速度激励参数如图2所示，用MSC.Random进行随机响应分析，生成焊接处与横梁中部处各点的PSD加速度响应曲线图；
7、分别将各易损坏点位移-频率曲线、PSD加速度响应曲线图与对应模态响应分析结果进行对比，各易损坏点的谐响应位移-频率曲线的峰值与PSD加速度响应曲线的峰值均避开模态响应分析结果中的低频频率，则该有限元模型符合质量要求。

Claims (6)

1.一种空压机车架动态分析方法，其特征在于包括以下步骤：
A、建立空压机车架有限元模型，定义单元属性和材料属性；将模型进行网格的划分，对于连接部位采用网格单元连接以承受及传递力；
B、对有限元模型进行谐响应分析，根据谐响应分析结果绘制易损坏点处的位移-频率曲线； 
C、对有限元模型进行模态响应分析，根据模态响应分析结果确定重点频率范围； 
D、根据步骤C确定的重点频率范围进行频率响应分析，在频率响应分析基础上进行随机响应分析，创建易损坏点的PSD响应曲线图；
E、分别对位移-频率曲线与PSD响应曲线进行分析，判断有限元模型是否符合质量要求。
2.如权利要求1所述的空压机车架动态分析方法，其特征在于：步骤B中对有限元模型进行谐响应分析包括：约束有限元模型三个角的自由度，设置阻尼参数为0，对有限元模型施加谐波载荷，所述的谐波载荷振幅为1，频率为50Hz；所述易损坏点位于焊接处与横梁中部。
3.如权利要求1所述的空压机车架动态分析方法，其特征在于：步骤C中，所述模态响应分析中的边界条件为约束有限元模型三个角的自由度。
4.如权利要求1所述的空压机车架动态分析方法，其特征在于：步骤C中，所述模态响应分析确定前30阶的频率。
5.如权利要求1所述的空压机车架动态分析方法，其特征在于：步骤D中，所述的频率响应分析频率响应分析过程如下：设置起始频率、结束频率、中间采样点，进行频率响应分析得到频率响应结果；所述的随机响应分析过程如下：在频率响应结果基础上，对有限元模型施加PSD激励信号，得到各易损坏点的PSD加速度响应曲线图。
6.如权利要求1所述的空压机车架动态分析方法，其特征在于：步骤E具体如下：分别将各易损坏点位移-频率曲线、PSD加速度响应曲线图与对应模态响应分析结果进行对比，若各易损坏点的谐响应位移-频率曲线的峰值与PSD加速度响应曲线的峰值均避开模态响应分析结果中的低频频率，则该有限元模型符合质量要求，反之，该有限元模型不符合质量要求。
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