筒状焊接结构的模态分析

张志红

摘 要：焊接技术是制造业的重要组成部分，在各个重要的领域均做出了巨大贡献。但现在的焊接技术还无法确保焊接结构没有裂纹。本文利用有限元软件ANSYS对结构分别进行裂纹产生前后的模态分析

关键词：裂纹；ANSYS；模态分析

中图分类号： TG404 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-172-2

1概述

模态分析[1]常应用在工程振动领域中，最终目的是识别出系统的模态参数，从而为系统的故障诊断提供依据[2]。

2 建实体模型

本文采用ANSYS软件建模。该结构的材料选用为灰铸铁，结构尺寸为250mm*250mm*750mm，密度为7200kg/m3；弹性模量1.2E11Pa；泊松比：0.25，实体模型如下图1所示。

本文裂纹选在高度方向上，在裂纹长度方向上取了6个数值（分别为l=135mm、170mm、225mm、345mm、445mm、645mm）。裂纹单元类型和网格划分方式的选取，均同没有裂纹的情况相同。

3 加载

工作时，将该筒状结构的底部与底座利用6个螺栓连接，然后对其进行施加约束。

4 结果

为了进一步研究裂纹对结构动力学特性的影响，主要针对不同裂纹长度的模态分析，并且均提取了前6阶固有频率。

从表1中明显可以看出，随着裂纹长度的逐渐增加，各阶固有频率均逐渐减小。

为了进一步分析各阶固有频率随着裂纹长度变化的下降程度，在表1 的基础上，建立直角坐标系[3]（横坐标为裂纹长度，纵坐标为固有频率的减少量），如图2所示。从图2可以明显地看出：前3阶固有频率下降的幅度小，后3阶固有频率下降的幅度相对大。

5 结束语

通过对产生前后裂纹的结构进行模态分析比较，可以得出产生裂纹后的固有频率比没有裂纹产生时要小。随着裂纹长度的增加，各阶固有频率值都呈下降趋势。但各阶固有频率的下降幅度不同：高阶固有频率下降的幅度相对大，低阶固有频率下降的幅度比较小。

参 考 文 献

[1] 张洪才，何波.有限元——ANSYS 13.0从入门到实践[M].北京：机械工业出版社，2011，124-130.

[2] 徐可君，江龙平.裂纹叶片对固有频率影响的分析[J].推进技术，2009，18（6）：68-71.

[3] 陈毓珍.基于振动特性的工程结构裂纹诊断[D].大连：大连理工大学，2004.