江门   蓬江区%  新会区 % 江海区%    升降车出租       升降车臂架结构的动力学分析     1动力学分析理论概述,  当前施工难度越来越大，升降车臂架在险峻环境下施工时通常要承受各种剧烈冲击和振动。剧烈振动可能会造成臂架结构的动态变形从而导致臂架结构产生焊缝破裂等各种破坏。因此对臂架结构动态特性的研究很重要。机械结构的动力学特性通常包括以下几点：(1)振动特性，指的是在外部激励作用下机械结构的振动特性，包括振型和频率。这属于结构的独有特性，外界的干扰不会对其产生影响。(2)结构时常会承受变载荷的作用，比如振动频率与位移和时间之间的变化关系。(3)在承受简谐载荷以及波形不确定，较紊乱载荷时，结构动态特性的变化。首先给出动力学微分方程，对自由度较少的结构，可用解析法对方程求解。而对复杂结构的分析需要采取另外更加便利的方法,即数值解法，它是利用计算机以及各种分析软件来进行求解。这种方法可以将复杂的结构简化为数学问题，极大提高了求解效率，本文采用的就是这种方法。

      2模态分析,  1模态分析概述模态分析的基本参数包括：固有频率与模态振型。这两个参数表示的是结构的振动性质，这是结构的固有特性，外部因素对模态没有影响。进行模态分析的目的是：1.通过观察系统的固有频率与振型，可得知结构在多大频率的外部激励作用下振动较剧烈，从而指导我们在实际工作时要避开某种频率的激励，防止共振的产生。2.有助分析人员了解结构在承受各种外部激励时的响应情况。3.由模态分析可以为后续谐响应分析提供基础[33]。

      2模态分析理论基础在数学领域模态分析就是用模态坐标和参数表示结构的振动微分方程，最终得到各项模态参数[34]。对于线形系统，其运动微分方程可表述成，M——质量矩阵；C——阻尼矩阵；K——刚度矩阵；x(t),f(t)——结构某点的位移响应与激振力向量。在0时，式(4-1)是齐次方程0(4-2)式(4-2)的通解表示结构的自由振动特性，特征值表示系统的固有特性。在0的时候式(4-1)是非齐次方程：0(4-3)模态分析就是求解0，C=0时的动力学方程:0(4-4)其特征方程是：0(4-5)对式(4-5)进行求解就可以获得所分析结构的固有频率:(4-6)式(4-6)中的是第i阶固有频率，对于任意系统都具有n阶固有频率与主振型[34]。固有频率可以作为一种研究系统固有特性的方法，由此分析人员可获悉结构变形的程度，频率的数值通常和刚度呈正相关的关系，频率数值越小代表刚度越低，频率较高则表示结构的刚度越大。

      3升降车臂架结构模态分析,  用ANSYSWorkbench对升降车臂架结构进行模态分析。在进行模态分析时要对模型施加约束条件并设置求解方案，接着求解模型的扩展模态，最后进行模态后处理。主要过程是：（1）创建分析模块，在Workbench里创建模态分析模块。（2）将外部三维模型文件导入到Workbench里，设置材料属性。（3）对有限元模型进行划分网格。（4）设定模型约束条件，这里在转台处添加固定约束。（5）选择模态分析阶数和求解方式，最后进行计算求解。其中的关键是给定的载荷情况，在模态提取时经常要忽略其他载荷，所以仅仅给有限元模型添加约束的边界条件。由振动理论可知，结构低阶模态在振动过程中作用比较大，高阶模态在对系统作用比较小，因为存在阻尼，高阶频率的振动会发生急剧衰减，对其进行研究，意义并不大，所以通常仅获得低阶固有频率就可以满足分析要求。本文选取结构的前六阶固有频率和振型进行分析，主要分析臂架系统载人作业工况。

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    升降车臂架结构载人工况一的前六阶振型图:  由图可知一阶振型的固有频率为2.706Hz，最大偏移量为1.956mm；二阶振型的固有频率为4.943Hz，最大偏移量为2.609mm；三阶振型的固有频率为5.072Hz，最大偏移量为1.833mm；四阶振型的固有频率为7.740Hz，最大偏移量为1.267mm；五阶振型的固有频率为17.001Hz，最大偏移量为1.620mm；六阶振型的固有频率为18.222Hz，最大偏移量为2.328mm。

      载人工况二的前六阶振型图，一阶振型的固有频率为1.724Hz，最大偏移量为1.368mm；二阶振型的固有频率为2.541Hz，最大偏移量为2.013mm；三阶振型的固有频率为3.437Hz，最大偏移量为1.742mm；四阶振型的固有频率为5.595Hz，最大偏移量为1.783mm；五阶振型的固有频率为11.175Hz，最大偏移量为1.6561mm；六阶振型的固有频率为14.835Hz，最大偏移量为2.143mm。

      载人工况三的前六阶振型图，一阶振型的固有频率为1.135Hz，最大偏移量为1.667mm；二阶振型的固有频率为1.775Hz，最大偏移量为1.944mm；三阶振型的固有频率为4.012Hz，最大偏移量为1.817mm；四阶振型的固有频率为6.734Hz，最大偏移量为1.922mm；五阶振型的固有频率为11.180Hz，最大偏移量为1.703mm；六阶振型的固有频率为15.514Hz，最大偏移量为2.333mm。

      4模态分析结论:  (1)根据振型云图可以看出，工况一臂架结构前六阶固有频率范围为2.706~18.222Hz，工况二前六阶固有频率范围为1.724~14.835Hz，工况三前六阶固有频率范围为1.135~15.514Hz，作业车发动机的工作频率一般不低于20Hz，因此臂架结构很好的避开了发动机激励，臂架结构位移值由下往上逐渐增大，偏移量均发生在第三臂的臂头处。(2)对于三种工况来说，结构的一阶模态振型均是位于XY平面内的侧向摆动，二阶模态振型是XY平面内的垂向摆动，三阶模态振型均是发生在XY平面的侧向扭转变形，且较低阶的模态对振动起主要的影响。(3)通过模态分析，得到了其前六阶固有频率和振型，为后续的谐响应分析和脉动风下的随机振动分析提供了基础。

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