电动振动台有限元建模及其附加台面设计

摘要

本文针对某公司设计的40T电动振动台附加台面共振频率过低,不能满足某些大型设备的振动试验要求这一现状,建立附加台面的仿真模型,利用特征值灵敏度分析理论对附加台面的结构进行了优化设计。在此基础上,以某型号电动振动台台体为研究对象,采用理论模态与试验模态相结合的模态分析理论,利用Pro/E软件及ANSYS软件对3T振动台动圈及振动台整体进行了有限元建模与分析。本研究主要内容如下：
　　 ⑴回顾了振动试验的发展情况及国内外振动台仿真技术的研究进展,指出动力学建模的常用方法及模型修正问题。对电动振动台系统各部分组成及其结构原理作了简单阐述,从振动台的模态参数及工作特性出发,阐述电动振动台的动力学模型及相关分析理论,重点叙述了模态分析中的理论模态分析、试验模态分析、模态坐标及参数识别。
　　 ⑵针对原电动台附加台面,从几何建模到边界条件模拟,逐步建立了附加台面的有限元模型,并进行结构优化设计。根据附加台面的计算模态结果及谐响应分析,确定了附加台面的各阶主模态,一阶轴向固有频率从380Hz提高到530Hz。为了验证理论模态的可靠性,对附加台面进行了试验模态分析,并就台面控制点及阻尼对振动特性的影响作了相关的阐述。结果表明,上述建立的台面有限元分析模型是准确的。
　　 ⑶将动圈处理为线性弹性体,线圈假设为各向同性材料,并对其实际边界条件进行合理模拟。采用计算建模和试验建模相结合的方式,反复修正动圈的有限元模型,使修正模型质量及材料属性基本一致。然后采用子结构试验建模技术,将方形台面子结构、螺钉子结构以及动圈子结构相结合,在研究了螺钉在有限元环境中的等效处理方式后,建立振动台的动力学模型,分析其整体振动特性,并与试验模态结果进行对比,结果表明,整体结构的低阶模态主要以附加台面低阶模态为主,且共振频率有一定程度的下降。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外振动台的发展及研究现状

1.2.1 国内外振动台的发展

1.2.2 振动台仿真建模研究现状

1.3 论文的研究方法和主要内容

1.3.1 研究方法

1.3.2 主要研究内容

第二章 电动振动台简介

2.1 振动试验台类型

2.1.1 机械振动台

2.1.2 液压振动台

2.1.3 电动振动台

2.1.4 其它振动台

2.2 电动振动系统

2.2.1 电动振动台体

2.2.2 冷却系统

2.2.3 功率放大器

2.2.4 振动控制仪

2.3 电动振动台工作原理

2.4 本章小结

第三章 电动振动台模型及理论基础

3.1 电动振动台的动力学模型

3.1.1 单自由度系统的振动简介

3.1.2 电动振动台力学模型

3.2 模态分析的理论基础

3.3 电动振动台的主要工作特性及其特征参数

3.3.1 电动振动台的幅频特性

3.3.2 电动振动台的特征参数

3.4 本章小结

第四章 附加台面设计

4.1 振动夹具简介

4.1.1 振动夹具形式

4.1.2 振动夹具要求

4.2 附加台面模型及模态分析

4.2.1 附加台面几何模型

4.2.2 附加台面有限元模型

4.2.3 附加台面有限元分析

4.3 附加台面优化设计

4.3.1 结构参数对FRF的影响

4.3.2 灵敏度分析

4.3.3 结构设计

4.3.4 振动特性分析

4.4 本章小结

第五章 电动振动台动力学建模及分析

5.1 动圈模型的建立

5.1.1 几何模型

5.1.2 有限元模型

5.1.3 动圈的边界条件模型

5.2 动圈的模型修正

5.3 动圈振动特性分析

5.4 振动台动力学建模及分析

5.4.1 夹具子结构模型及其模态

5.4.2 螺栓连接等效处理

5.4.3 振动台动圈与夹具整体结构建模与模态分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢