门座起重机的模态分析

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　　摘要：采用大型有限元结构分析软件ANSYS对福建马尾造船厂的SDMQ1260/60E型门座起重机进行了模态分析，为该起重机的安全运行提供依据。
　　关键词：门座起重机、模态分析
　　
　　
　　 金属结构故障诊断成为工程机械领域的一个重要的研究课题，对大型化、老龄化的门座起重机而言，其金属结构的故障时有发生，严重地影响生产的安全。本论文以SDMQ1260/60E型门座起重机为研究对象，采用大型有限元结构分析软件ANSYS对其模态进行分析，得出相应的结果。为今后的维修提供可靠的数据。
　　
　　1. 门座起重机建模
　　 该起重机的转柱、门架和起重臂等构成一空间杆系结构，可简化成刚架结构，主要用梁单元进行分析计算；大平衡架为钢板焊接而成的箱体结构，应采用三维实体单元进行分析计算。
　　1.1 有限元网格
　　 门座起重机结构主要是由无缝钢管和钢板组成，根据SDMQ1260/60E型门座起重机的结构特点和受力特点，可把起重机的转柱结构、门架结构和起重臂一起简化成空间杆系结构，采用ANSYS提供的空间梁单元BEAM188进行离散化，整个结构共划分了9920个单元，18717个节点。
　　1.2 材料物理参数
　　 该起重机的型材选用两种材料，分别为Q235-A和16MnR，这两种材料在常温下的屈服极限分别为235MPa和325MPa，弹性模量为2.1×105MPa，材料的泊松比取为0.3，密度为7800kg/m3。
　　1.3 载荷工况
　　 根据该起重机的运行状况，在考虑自重的情况下，研究起重臂处于起吊重量为60t的位置，但是空载的工况。取重力加速度g=9.8m/s2：
　　1.4 边界条件
　　 门架上四个与大平衡架相连的绞点采用固定端约束形式，即6个自由度全部约束。
　　2. 模态分析
　　 模态分析，也叫特征值的提取，用以求解多自由度系统自由振动的固有频率和相应振型。模态分析用于确定设计中的结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)。它是承受动态载荷结构设计中的重要参数，同时也可以作为其它更详细的动力学分析的起点。
　　 本文通过分析计算，得到了起重机在工况位置时的固有频率和模态振型。表1为起重机起重臂处于起吊重量为60t的位置（工况1）时整机的固有频率，由考虑篇幅问题，出图1～图3，其分别为在工况1时整机的前三阶模态振型。
　　
　　
　　图1 起重机工况1第一阶模态振型图
　　
　　
　　图2 起重机工况1第二阶模态振型图
　　
　　
　　
　　图3起重机工况1第三阶模态振型图
　　
　　表1 在工况1时起重机的固有频率（Hz）
　　
　　3.总结
　　 1.通过上述 模态分析结果可知，其整体结构动刚度较好，各阶振型主要表现为塔式起重机的塔臂上下、水平和转扭运动的耦合。
　　 2.本文计算所得结果可以为进一步研究门座起重机的动力响应分析和使用条件的合理选用奠定了技术基础，也为今后的维修提供可靠的数据。
　　参考文献：
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