机床珐琅振动模态分析结果

1.问题描述

某一个被简化的不锈钢圆形带孔机床珐琅模型，珐琅材料弹性模量为2.6×10¹¹ Pa，泊松比为0.3，密度为8050kg/m³，其他相关参数在分析过程中体现。试对珐琅进行模态分析。

2.有限元分析过程

（1）启动Workbench 在“开始”菜单中执行ANSYS 18.0→Workbench 18.0命令。

（2）创建模态分析项目

①在工具箱【Toolbox】的【Analysis Systems】中双击或拖动模态分析项目【Modal】到项目分析流程图，如图8-21所示。

②在Workbench的工具栏中单击【Save】，保存项目工程名为Enamel.Wbpj。有限元分析文件保存在D：\AWB\Chapter08文件夹中。

（3）确定材料参数

①编辑工程数据单元，右键单击【Engineering Data】→【Edit】。

图8-21 创建模态分析项目

②在工程数据属性中增加新材料：【Outline of Schematic A2：Engineering Data】→【Click here to add a new material】，输入新材料名称Enamel。

③在左侧单击【Physical Properties】展开→双击【Density】→【Properties of Outline Row 4：Enamel】→【Density（Kg m^3）】=8050。

④在左侧单击【Linear Elastic】展开→双击【Isotropic Elasticity】→【Properties of Outline Row 4：Enamel】→【Young’s Modulus（pa）】=2.6E+11。

⑤【Properties of Outline Row 4：Enamel】→【Poisson’s Ratio】=0.3，如图8-22所示。

⑥单击工具栏中的【A2：Engi-neering Data】关闭按钮，返回到Work-bench主界面，新材料创建完毕。

（4）导入几何模型 在模态分析项目上，右键单击【Geometry】→【Im-port Geometry】→【Browse】→找到模型文件Enamel.agdb，打开导入几何模型。模型文件在D：\AWB\Chapter08文件夹中。

图8-22 创建材料

（5）进入Mechanical分析环境

①在模态分析项目上，右键单击【Model】→【Edit】进入Mechanical分析环境。

②在Workbench的主菜单【Units】中设置单位为Metric（kg，mm，s，℃，mA，N，mV）。

（6）为几何模型分配材料属性 为珐琅分配材料：在导航树里单击【Geometry】展开→【Enamel】→【Details of“Enamel”】→【Material】→【Assignment】=Enamel，其他默认。

（7）划分网格

①在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Defaults】→【Relevance】=100，【Sizing】→【Size Function】=Curvature，【RelevanceCenter】=Medium，【Max Face Size】=4mm，其他默认。

②单击，选择珐琅模型，右键单击【Mesh】→【Insert】→【Method】，单击【Automatic Method】→【Details of“Automatic Method”Method】→【Definition】→【Method】=MultiZone，其他选项默认。

③生成网格，右键单击【Mesh】→【Generate Mesh】，图形区域显示程序生成的单元网格模型，如图8-23所示。

④网格质量检查，在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Quality】→【Mesh Metric】=Skewness，显示Skewness规则下网格质量详细信息，平均值处在好水平范围内，展开【Statistics】显示网格和节点数量。

（8）施加边界条件

①在导航树上单击【Modal（A5）】。

②施加约束，在标准工具栏上单击，然后依次选择珐琅的六个圆孔，接着在环境工具栏上单击【Supports】→【Fixed Support】，如图8-24所示。(www.xing528.com)

图8-23 划分网格

图8-24 施加固定约束

③在标准工具栏上单击，然后依次选择珐琅的外环面，接着在环境工具栏上单击【Supports】→【Frictionless Support】，如图8-25所示。

（9）求解与结果显示

①在Mechanical标准工具栏上单击进行求解运算。

②运算结束后，单击【Solu-tion（A6）】可以查看图形区域显示模态分析得到的珐琅变形分布云图。在图形区域显示下方的【Graph】的频率图空白处单击右键，从弹出的菜单中选择【Select All】，再次单击右键，然后选择【Create Mode Shape Results】创建其他模态阶数的变形云图，如图8-26所示；接着在导航树上选择创建的变形结果，单击右键选择，最后可以查看所有模态阶数的珐琅变形云图，如图8-27～图8-32所示。也可激活动画显示珐琅的振动过程。振动过程有助于理解结构的振动，但变形值并不代表真实的位移。

（10）保存与退出

①退出Mechanical分析环境，单击Mechanical主界面的菜单【File】→【Close Mechanical】退出环境，返回到Workbench主界面，此时主界面的项目管理区中显示的分析项目均已完成。

②单击Workbench主界面上的【Save】按钮，保存所有分析结果文件。

③退出Workbench环境，单击Workbench主界面的菜单【File】→【Exit】退出主界面，完成项目分析。

图8-25 施加无摩擦约束

图8-26 创建模态结果

图8-27 1阶模态变形结果

图8-28 2阶模态变形结果

图8-29 3阶模态变形结果

图8-30 4阶模态变形结果

图8-31 5阶模态变形结果

图8-32 6阶模态变形结果

点评：本实例是机床珐琅振动模态分析，分析过程相对简单。模态分析不仅可以评价现有结构系统的动态特性，还可以评估结构静力分析时是否有刚体位移。