基础件的动力学分析.docx

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基础件的动力学分析

6.6基础件的动力学分析

6.6.1引言

前面对铣头的几根关键的主轴的动静特性做了分析，铣头的动静特性直接影响到铣削性能。

但影响铣削性能的因素很多，如床身、工作台和立柱等基础件。

下面就以立柱为例对基础件进行动力学分析，由于基础件的模型复杂，使用ANSYS做动力学分析前，首先用其它3d软件先建模，导出为iges文件，再导进ANSYS中进行分析。

6.6.2动力学分析

立柱动力学分析的GUI方式分析过程如下：

第1步：

指定分析标题并设置分析范畴

1.选取菜单途径UtilityMenu>File>ChangTitle。

2.输入文字“Dynamicanalysisoflizhu”，然后单击OK。

3.选取菜单MainMenu>Preference。

4.单击Structure选项使之为ON，单击OK。

第2步：

定义单元类型

1.选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete。

2.ElementTypes对话框出现。

3.单击Add。

LibraryofElementType对话框出现。

4.在左边的滚动框中单击“StructuralSolid”。

5.在右边的滚动框中单击“10node92”。

6.如图6－46，单击OK。

图6－46LibraryofElementType对话框

7.单击ElementType对话框中的Close按钮。

第3步：

导入实体模型

1．选取菜单途径UtilityMenu>File>Import>Iges…，出现如图6－47所示的对

话框。

图6－47

2．单击OK。

出现如图6－48所示的对话框。

图6－48ImportIGESFile对话框

3．双击对应的IGES文件,单击OK。

4．实体模型见图6－49。

图6－49实体模型图

第4步：

指定网格划分密度并网格划分

1.选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Meshing-SizeCtrls>-SmartSize-Basic。

2.在出现的对话框中选择10（Coarse），见图6-50。

图6-50网格划分密度对话框

3.选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volume-Free。

4.在出现的对话框中选择PickAll，单击OK。

5．网格划分后的模型图见图6-51。

图6-51网格划分后的模型图

第5步：

指定材料性能

1.选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels，对话框出现。

2.在对话框中分别单击Isotropic和Density。

分别输入EX为200e9，DENS为7.8X10e3，NUXY为0.3。

第6步：

进入求解器并指定分析类型和选项

1．选取菜单途径MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis。

NewAnalysis对话框出现。

2．选中Modal，然后单击OK。

3．选取菜单途径MainMenu>Solution>-AnalysisOptions，ModalAnalysis对话框将出现。

4．选中Subspace模态提取法。

5．在Numberofmodestoextract处输入6。

6．单击OK，SubspaceModalAnalysis对话框将出现。

7．单击OK接收缺省值。

第7步：

对模型施加约束

1．选取菜单途径MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>-OnNode。

ApplyU,ROTonNodes拾取菜单将会出现。

2．点中BOX选项，选择节点，单击OK。

3．单击“AllDOF”。

4．加约束后的模型图见图6－52。

图6－52加约束后的模型图

第8步：

指定要扩展的模态数并求解

1．选取菜单途径MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-ExpansionPass>ExpandModes。

ExpandModes对话框将出现。

2．在numberofmodestoexpand处输入6，单击OK。

3．选取菜单途径MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS。

浏览出现的信息，然后关闭该对话框。

4．单击OK。

5．在出现两次警告时，都单击“YES”。

6．求解过程结束后，单击Close。

第9步：

列出固有频率

1．选取菜单途径MainMenu>GeneralPostproc>ResultsSummary。

浏览对话框中的信息，然后用File>Close关闭对话框。

图6-53结果对话框

第10步：

观察6阶模态

1．选取菜单途径MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-FirstSet。

2．选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>ModeShape。

AnimateModeShape对话框将出现。

3．在timedelay处输入0.5，该单位为秒。

4．单击OK，AnimationController对话框将会出现，动画开始播放。

5．单击Stop停止动画播放。

6．选取菜单途径MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-NextSet。

7．选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>ModeShape。

AnimateModeShape对话框将出现。

8．单击OK接受先前的设置,动画开是播放。

9．单击Stop停止动画播放。

10．对余下的模态重复上述步骤。

第11步：

谐响应分析

1．选取菜单途径MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis。

弹出NewAnalysis对话框。

2．单击选中“Harmonic”，单击OK。

3．选取菜单途径MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>Freq&Substeps。

出现频率范围对话框。

4．在Harmonicfrequencyrange处输入0和300，在numberofsubsteps出输入10。

单击OK。

5．选取菜单途径MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>Damping。

出现DampingSpecification对话框。

6.在Massmatrixmultiplier处输入5,单击OK。

7．选取菜单途径MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structure–Force/Moment>OnNodes。

弹出ApplyF/MOnNodes窗口。

8．在图形窗口中拾取一个节点M，单击OK。

弹出ApplyF/MonNodes对话框。

图6-54节点M

9．选Directonofforce/moment滚动框中的“FX”,在Realpartofforce/moment处输入100。

单击Apply，弹出ApplyF/MonNodes拾取窗口。

10．拾取节点M，单击OK，弹出ApplyF/MonNodes拾取窗口。

11．选Directonofforce/moment滚动框中的“FZ”,在Realpartofforce/moment处输入0，在Imagepartofforce/moment输入100。

单击OK。

12．选取菜单途径MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS。

13．当求解完成时出现一个”Solutionisdone”提示对话框。

单击Close。

第12步：

POST26观察结果（节点M的位移时间历程结果）

1．选取菜单途径MainMenu>TimeHistPostproc>DefineVariables。

DefineTime-HistoryVariables对话框出现，见图6-55。

图6-55DefineTime-HistoryVariables对话框

2．单击Add,弹出AddTime-HistoryVariables对话框,见图6－56。

接受缺省选项NodalDOFResult,单击OK,弹出DefineNodalData拾取对话框见图6－57。

图6－56AddTime-HistoryVariables对话框

图6－57DefineNodalData拾取对话框

3．在图形窗口中取节点M，单击OK，弹出DefineNodalData对话框，见图6－58。

图6－58DefineNodalData对话框

4．在user-specifiedlabel处输入UX；在右边的滚动框中的“TranslationUX”上单击一次使其高亮度显示，单击OK。

5．在DefinedTime-HistoryVariables对话框中单击Add，在弹出AddTime-HistoryVariable对话框。

6．接受缺省选项NodalDOFResult，单击OK，弹出DefineNodalData拾取对话框。

7．在图形窗口中取节点M，单击OK，弹出DefineNodalData对话框。

8．在user-specifiedLabel处输入UY；在右边的滚动框中的“TranslationUY”上单击一次使其高亮度显示，单击OK。

9．在DefinedTime-HistoryVariables对话框中单击Add，在弹出AddTime-HistoryVariable对话框。

10．接受缺省选项NodalDOFResult，单击OK，弹出DefineNodalData拾取对话框。

11．在图形窗口中取节点M，单击OK，弹出DefineNodalData对话框。

12．在user-specifiedLabel处输入UZ；在右边的滚动框中的“TranslationUZ”上单击一次使其高亮度显示，单击OK。

单击Close。

13．选取菜单途径MainMenu>TimeHistPostproc>GraphVariables，弹出GraphTime-HistoryVariables对话框。

14．在Typeofgrid滚动框中选中“XandYlines”，见图6－59，单击OK。

图6－59GraphTime-HistoryVariables对话框

15．选取菜单途径MainMenu>TimeHistPostproc>GraphVariables，弹出GraphTime-HistoyVariables对话框，见图6－60。

图6－60GraphTime-HistoyVariables对话框

16．在1stVariabletograph处输入2；2stVariabletograph处输入3；3stVariabletograph处输入4。

单击OK，图形窗口中将出现一个曲线图。

第12步：

退出ANSYS

1．在ANSYSToolbar中单击Quit。

2．选择要保存的选项，然后单击OK。

6.6.3结果分析

从上述结果，可知立柱的前6阶固有频率为45.230Hz，104.81Hz，163.07Hz，214.25Hz，249.82Hz和250.80Hz。

对应的前面的三阶振型分别见图6-61，图6-62和图6-63。

图6-61固有频率为45.230Hz时的振型

图6-62固有频率为104.81Hz时的振型

图6-63固有频率为163.07Hz时的振型

当固有频率为45.230Hz时，立柱的振型近似为绕底面的摆动。

当固有频率为104.81Hz时，立柱的振型近似为大平面的弯曲运动。

这可以通过加上加强筋来减少这种振动。

当固有频率为163.07Hz时，立柱的振型已经非常复杂，近似扭曲运动。