LHZC660振动流化床干燥机模态分析

LHZC6/60振动流化床干燥机模态分析4bookmark0张振伟，邓永胜，李学兵，朱艳敏（东北大学，辽宁沈阳llOWM）摘利用有限元分析软件ANSYS对LHZC6/60型振动流化床干燥机进行模态分析，得出了前十阶固有铎率及振型的彩色振型图；可直观地分析振动流化床干燥机的动态特性和薄弱环节，为该机的结构设计和作进一步的动态分析提供了理论依据。
0前言振动的导入使得LHZC6/60型振动流化床干燥机成为一种新型的较为成功的改型流化床干燥机，但同时也使整机的受力情况更加复杂，单纯的静力分析已不能满足设计的要求。
因此，有必要对LHZC6/60型振动流化床干燥机进行动态分析，而对该机的模态分析则是进行动态分析的前提和基础。
1有限元模型的建立1.1横型的简化由于LHZC6/60振动流化床干燥机属板、梁焊接结构，因此，结构中的加强筋、框架等附属部分较多，如果不进行简化，将会给计算和分析带来很大的麻烦。所以，为使计算简单、合理，在不影响强度、刚度的前提下，对干燥机作简化，简化后的模型如所示。
LHZC6/60振动流化床千机简化模型1.2模型的网格划分在有限元分析中，若对该模型作更进一步的简化，可采用板、梁组合单元对该模型进行网格划分，但这种简化的计算模型必将影响求解的精度，特别是对一些重要的局部区域，其模态分析误差较大；另一方面，这种简化对以模态分析为基础的时间历程相应分析，将会带来更大的计算误差。因此，本文针对该模型仅采用壳单元Shell63单元来划分网格，这种划分方法比用板、梁结合的划分方法产生更多的单元和节点，占用较多的计算机资源，但在一定程度上大大提高了计算精度。
由于振动流化床干燥机的结构比较复杂（含有孔和尖角），所以人工划分网格时，须将模型划分成许多小块，而且由于两侧板中间空心圆管的存在，使得结构的分块更加繁琐，加上模型本身比较庞大，手动分网的工作量非常大。鉴于此，本文采用ANSYS智能网格划分的方法划分网格，然后对薄弱环节进行细化的方法来划分该模型。另外由于实际生产中，上箱体、孔板槽、物料及其他附属部分的质量对LHZC6/60型振动流化床干燥机的动态特性影响很大。因此，应根据这些质量的等效简化原则，把等效质量均布地加在下箱体的两侧板上，以提高所建模型的精度。本文选用ANSYS单元库中的3DMass21单元，来实现质量的等效简化。网格划分完成后共计63938个shel！63单元，16个3DMass21单元。有限元模型如所示，图中的MO是等效质量简化单元3D LHZC6/60振动流化床干燥机的有限元模型2振动流化床干燥机的有限元模态计算2.1干燥机有限元模型的求解由弹性力学有限元法，经分析干燥机振动系统的运动微分方程为：刚度矩阵；x、x\"、x丨分别为结构的加速度向量、速度向量和位移向量。1丨=1，2，丨1\"；斤（1）丨为结构的激振力向量，F（t）若无外力作用，即：F（t）=0，则得到系统的自由振动方程。在求解结构自由振动的固有频率和振型时，阻尼对它们的影响不大，因此阻尼项可略去，这时无阻尼自由振动的运动方程为：其对应的特征方程为：求解式（1），即得系统的固有频率和振型。
ANSYS软件对振动流化床干燥机的横态计算阵特征值的间题求解。由于振动流化床干燥机的有限元模型较为庞大。因此，本文利用ANSYS模态分析中的Hock Lanraos法来进行模态计算。
LHZC6/60型振动流化床干燥机在工作过程中的自激振动是复杂的振动问埋，不能简化为单个自由度或两个自由度来处理，理论上应按无限多自由度来处理，但实际有意义的只有前几阶，因为低阶主振动的节点少，在实际中容易实现且比高阶更容易出项问埋。因此利用ANSYS模态计算时，只对干机的前十阶主振型和固有铎率进行分析。
3LHZC6/60型振动流化床干燥机模态计算结果分析利用ANSYS计算得到的LHZC6/60型振动流化床干燥前十阶模态振型如所示。对各阶模态的振型分别分析如。
明3态晒明往复整体平动，即在Z-x工作平面内纵向往复平动。从中可以看出这种振型将使定位销柱和橡胶掸产生周期性的挤压，从而影响橡胶弹簧的使用寿命。
=l.947Hz二阶振型：为工作装置沿x轴方向往复整体平动，即在Z-x工作平面内横向往复平动。从中可以看出该振型造成的危害和一阶振型基本相同。
3=2.07Hz三阶振型：为工作装置沿y轴方向（竖直）的往复整体振动，即在x-y工作平面作竖直方向的往复平动。从图中可以看出工作装置中间部分的振幅大，这种振型除了使橡胶殚簧承受较大的交变应力影响其寿命外，同时也使箱座承受较大的弯矩，因此，箱座设计时通常都加一定数量的筋板，以增大其惯性矩，提高抗弯能力。
绕柚的转动。从图中可以看出该振型造成的危害与三阶振型造成的危窨基本相同，同样也使箱座产生了较大的弯矩。
f5=3.053H五阶振型：工作装置出现了整体在x-z工作平面内绕y柚的往复转动。从图中可以看出该振型对橡胶掸簧的危害较大，严重影响橡胶弹簧的使用寿命。
f6=3.185H六阶振型：为工作装置绕x轴的转动。
从图中可以看出该振型对箱座和橡胶殚簧的影响较大，同时在每个转动周期终了时振幢大，此时侧板和箱座的接触部位属薄弱环节，设计时应当重视。
的弯曲振动。从图中可以看出工作装置两端的振椹大，两侧板中间部分的弯矩大，属薄弱环节。
8=3.898Hz八阶振型：为工作装置以2轴为对称轴两端分别绕z轴作反向的振动。从图中可以看出这种振型同样也使箱座承受较大的弯矩，同时由于两端反向振动，侧板和横筒的焊接部位成为薄弱环节，在加工和制造时应保证这部分的焊接质1.的弯曲和扭转振动的组合。从图中可以看出该振型引起两侧板的弯曲变形较大，同时由于扭转的作用使得空心管和侧板的联接部位存在较大的剪切力，因此该位置处的焊接质量必须保证。
=7.384H十阶振型：工作装置在x -z平面内波浪形摆动。
4结论通过对LHZC6/60型振动流化床干燥机的十阶模态分析，可以得出以下结论：低阶频率低，振幅大，基铎为1.648Hz，对振动流化床干燥机强度和刚度影响较大，振潭易于实现，应注意干燥机的周围各振源的频率与之避开，以免引起共振。
低阶三个方向的振动位移相差较大，高阶后各方向振动位移相差较小，这说明高阶后各方向振动铎率的耦合现象加重，所以随着阶次的增篼，振型也变得越来越复杂。
该型干燥机的两侧板和箱座接触部位振椹较大，刚性差，是该机的薄弱环节；其次，箱座在前六阶振型中都承受较大的弯矩，振动较大时，应使箱座满足一定的强度要求。
本文通过模态振型的动画显示，形象而逼真地描述了LHZC6/W型振动流化床干燥机的前十阶模态的振动过程，其结果可供设计人员对结构存在的问题进行分析和决断，以确定结构的改进方向；同时，模态分析的结果可为该机体进一步的动态分析提供理论依据。