起重机悬臂的动力模态分析

2011-2012学年第二学期研究生课程考核

（读书报告、研究报告）

考核科目：计算机辅助工程分析及应用 学生所在院（系）：机电工程学院 学生所在学科：机械电子工程 姓名：徐洁

学号： 1102210496

题目：起重机悬臂的结构动力学分析

目录

第1章问题描述与分析 ............................................................................................... 3

1.1结构动力学分析概述 ...................................................................................... 3 1.2 问题描述与分析 ..........................................................错误！未定义书签。 第2章立体桁架结构的动力分析 ............................................................................... 4

2.1 定义工作目录及文件名 .......................................................................... 5 2.2定义单元类型和材料属性 ....................................................................... 5 2.3 创建几何模型 .......................................................................................... 7 2.4 划分网格 .................................................................................................. 9

第3章模态分析过程 ................................................................................................. 10

3.1施加约束条件 ......................................................................................... 10 3.2 建立分析类型和分析选项并求解......................................................... 13

第4章命令流............................................................................................................. 18

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第1章起重机简介与模型结构

1.1 起重机简介

起重机(Crane)属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。

起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构，大多是由吊挂系统和绞车组成，也有通过液压系统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置，一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备在臂架型起重机上，臂架仰起时幅度减小，俯下时幅度增大，分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以使臂架回转，是由驱动装置和回转支承装置组成。金属结构是起重机的骨架，主要承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架结构，也可为腹板结构，有的可用型钢作为支承梁。

1.2 模型结构

起重机悬臂是标准的立体桁架结构。如图1所示，每个网格的长宽高均为0.4m，总长为3.2米。结构支撑方式为一端固定一端悬臂。杆件采用空心钢管，截面尺寸为?16?2.5mm，弹性模量为E?2.1?10112N/m，泊松比μ为0.3,杆件密度为7850kg/m。

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图 1生成图

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图2 龙门起重机实例图

图3起重机实例图

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第2章 模型建模过程

2.1 定义工作目录及文件名

启动ANSYS mechanical APDL product launcher窗口，在license中选择ANSYS multiphysics产品,在working directory输入栏中输入工作目录，在job name中输入文件名，单击run运行程序。

2.2定义单元类型和材料属性

1 所采用命令或工具 （及必要的说明） 选择Main 命令参数 建模后的模型（包括对话框） menu>Preferences>Structural,过滤掉ANSYS GUI菜单中与结构分析无关的选项，单击ok。 2 定义单元类型 Main menu>Preprocessor>Element Type>Add/edit/delete.选择Structural Link中的3D spar8单元。 - 5 -

3 定义材料属性 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models.在此对话框中依次展开Structural>Linear>Elastic>Isotropic.在ＥＸ中输入2.1e11，在PRXY中输入0.3，单击ok. 4 MainMenu>Preproces>Real Constants>Add/edit/delete,单击add，在Cross sectional area中输入0.25，单击ok关闭对话框，单击close关闭Real Constants对话框

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2.3 创建几何模型

1 所采用命令或工具 （及必要的说明） 选择Main 命令参数 建模后的模型（包括对话框） menu>Preferences>Modeling>Creat>Keypionts>In Active CS,弹出creat keypoints inactive coordinate system对话框，建立4个关键点。具体数值如图所示。 2 复制关键点Main menu>Preferences>Modeling>Copy>Keypionts,pickall,单弹击出CopyKeypionts对话框，输入值此时关键点变为8个，再次单击pickall，此时关键点变为16个，依次形成32个关键点。最后用鼠标单独选择关键点1、2、3、4，此时关键点变为36个。单击ok，所有关键点建立完毕。具体操作如右边图示。

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3 改变视图方向 Utility Menu>PlotCtrls>View Setting>Viewing Direction,在XV、YV、ZV Coords of view point输入1、2、3，单击ok. 4 连接关键点建立线 Main menu>Preferences>Modeling>Creat>LInes>Lines>Stright line 依次选择关键点1,2、2,3、3,4、4,1、1,3、1,5、2,6、3,7、4,8、2,5、2,7、4,7、4,5生成13条线；依次按上述顺序生成其他所有线。 6 保存上述操作 Utility Menu>File>Save as Jobname.db

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2.4 划分网格

1 所采用命令或工具 （及必要的说明） 选择Main 命令参数 建模后的模型（包括对话框） menu>Preferences>Meshing>SizeCntrls>Manualsize>Lines>All Lines,弹出对话框，在NDIV No. Of element divisions中输入1(即每条线分一个单元)，单击ok. 2 Main menu>Preferences>Meshing>Mesh>Lines,单击pickall,关闭菜单。 - 9 -

3 保存上述结果，并退出前处理器。Utility Menu>Save as Jobname.db. MainMenu>Finish

第3章 模态分析过程

3.1施加约束条件

所采用命令或工具 （及必要的说明） 命令参数 建模后的模型（包括对话框） - 10 -

1 定义载荷约束条件 Main menu>Sloution> Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On keypoints命令，弹出对话框拾取关键点33、34、35、36，单击ok,弹出apply U,ROT on KPs对话框，选择all dof, 单击ok关闭对话框。 - 11 -

2 选择 Mainmenu>soultion>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On keypoints命令，弹出对话框拾取关键点1、2、9、10、17、18、25、26，单击ok,弹出对话框选择FY，在VALUE中输入-1000.单击ok关闭对话框。

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3.2 建立分析类型和分析选项并求解

1 所采用命令或工具 （及必要的说明） 设定分析类型Main menu>Sloution>Analysis Type>New Analysis,弹出对话框，选择分析类型为Modal,单击ok .选择alysis Type>Analysis Option,提取模态数设为6，扩展模态数也设为6，单击ok,弹出对话框，在FREQB star freq中输入0,在FREQE end frequency输入1000000，在Nrmkey Normalize mode shapes下拉列表框中选择To mass matrix选项，单击ok. 2 扩展模态设置Main menu>soultion>Load Pass>Single Expand>Expand Modes,在弹出的对话框中设置模态扩展数为6，在FREQB,FREQE Frequency range输入栏中输入0和

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Step Opts>Expansion Main Menu>Solution>An命令参数 建模后的模型（包括对话框） 1000000，单击ok . 3 模态分析求解 Main Menu>Solution>Solve>Current LS,弹出Solve CurrentLoad Step对话框，单击ok开始计算模态解，求解结束后弹出Note对话框，单击close. 4 观察固有频率结果 Main Menu>General Postproc>Results Summary命令，弹出对话框，观察结构前6阶固有频率结果。 5 读入结果数据，观察振型结果。Main Menu>General Postproc>Read Results>First Set命令，读入第一载荷子步计算结果。然后选择Postproc>Plot Result>Deformed Shape命令，弹出对

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Main Menu>General 话框选中Def+undeformed复选框。单击ok,显示结构的第1阶模态振型。重复上述操作，可以得到其他5阶振型。 - 15 -

l,32,36 l,29,34 l,34,31 l,31,36 l,29,36 l,33,34

l,34,35 l,35,36 l,33,36 l,35,33 !连线

!定义单元类型，材料属性 et,1,link8 mptemp,,,,,,,, mptemp,1,0

mpdata,ex,1,,2.1e11 mpdata,prxy,1,,0.3 mpdata,dens,1,,7850 r,1,0.000106,,

!定义单元类型，材料属性 !划分单元 lesize,all,,,1,,1,,,1, lsel,all,,,,,, lmesh,all,, !划分单元 !加载求解 finish /sol

dk,33,all,,,,,, dk,34,all,,,,,, dk,35,all,,,,,, dk,36,all,,,,,,

antype,2 !模态分析 modopt,lanb,6 eqslv,spar mxpand,6,,,0 lumpm,0 pstres,0

modopt,lanb,6,0,1000000,,off mxpand,6,0,1000000,0,0.001,

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solve finish

!加载求解 !结果查看 /post1 set,list set,first pldisp,1 set,next pldisp,1 set,next pldisp,1 set,next pldisp,1 set,next pldisp,1 set,next pldisp,1

set,first

plnsol,u,sum,1,1.0 set,next

plnsol,u,sum,1,1.0 set,next

plnsol,u,sum,1,1.0 set,next

plnsol,u,sum,1,1.0 set,next

plnsol,u,sum,1,1.0 set,next

plnsol,u,sum,1,1.0 set,next finish

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/67cg.html