卷板機是用于彎曲金屬板材的鍛壓設備，是鍋爐、造船、石化、金屬結構、水泥機械、化工機械、機械制造領(lǐng)域的關(guān)鍵設備之一[U]。隨著(zhù)卷板機卷板能力的不斷提高，振動(dòng)和噪聲開(kāi)始引起人們的關(guān)注，對其動(dòng)態(tài)性能和振動(dòng)問(wèn)題的研究也越來(lái)越重要。上梁是卷板機的主要骨架之一，它連接卷板機的上輥和機架，使上輥在工作過(guò)程中能夠承受各種載荷的作用，實(shí)現對上輥撓度的補償。因此，在結構設計中，不僅要保證上梁有足夠的靜強度和剛度，還必須考慮各種動(dòng)態(tài)因素的影響，對結構進(jìn)行詳細的動(dòng)力分析，以達到抗振、安全、可靠的目的。

1卷板機上梁的自由模態(tài)分析自由模態(tài)分析用于確定設計結構或機器部件的振動(dòng)特性(固有頻率和振型)，結構的固有頻率和振型是承受動(dòng)態(tài)載荷結構設計中的重要參數，同時(shí)也可作為瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、諧響應分析和譜分析問(wèn)題的起點(diǎn)Ua o Ansys提供了7種模態(tài)分析方法:Block Lanczos法、Subspace法、Powerdynamic 法、Reduced法、Unsymmetric法、Damped法和 QR Damped法t3]。

針對卷板機上梁的具體結構，采用算法簡(jiǎn)單、收斂速度快、精度高，適用于大型對稱(chēng)特征值求解問(wèn)題的Lanczos法。

1. 1上梁建模及導入Ansys 大型數控船用卷板機上梁屬于大型結構件，因此，在建模前對上梁進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化。本文根據上梁的具體結構形式及受力特點(diǎn)，略去尺寸較小不作為主要承力部件以及明顯不會(huì )影響整體強度及剛度的部分，如螺栓孔和銷(xiāo)釘孔、倒角。在這個(gè)過(guò)程中既要對分析對象進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化以便于計算，又要確保原始分析對象的主要結構的力學(xué)性能不發(fā)生變化。采用Solid Works建模，然后將保存為Parasolid 格式文件的模型導入Ansys。

1.2有限元單元類(lèi)型的選取 在選擇單元時(shí)，不但要全面反映結構的力學(xué)性能，同時(shí)應盡可能選擇簡(jiǎn)單的單元以節約計算時(shí)間[’]。常用的三維實(shí)體結構單元有Solid 45, Solid 92, Solid 95和Solid 185等.木文采用四面體一卜節點(diǎn)線(xiàn)性單元Solid 92。四面體有很好的曲線(xiàn)邊界性，應用于邊界形狀復雜的實(shí)體非常方便。Sol- id 92單元侮個(gè)節點(diǎn)有3個(gè)移動(dòng)自由度，可以很好地劃分不規則的網(wǎng)格，節省計算時(shí)間。

1.3網(wǎng)格劃分 有限元分析中，模型網(wǎng)格劃分越細致、單元階次越高，則計算結果越準確，然而耗費的運算時(shí)間也越長(cháng)。木文采用Ansys提供的智能網(wǎng)格劃分工具“Smart Size”來(lái)劃分網(wǎng)格。當采取等級為7 級時(shí)，共劃分出34 887個(gè)節點(diǎn)、43 773個(gè)單元: 若采用6級細分，則劃分出約17 620個(gè)節點(diǎn)、 53 163個(gè)單元。

1.4施加約束條件 施加約束時(shí)應注意:約束要充分，保證剛度矩陣的非奇異性以獲得位移的確定解;沒(méi)有多余的約束，以避免增加計算剛度，使計算結果失真; 所施加的邊界條件必須符合實(shí)際工況:力求簡(jiǎn)單直觀(guān)，便于計算分析周。自由模態(tài)分析的邊界條件:無(wú)任何約束。

通過(guò)優(yōu)化前后結構性能的對比，得出提高結構模態(tài)性能的措施:

1)根據模態(tài)分析結果，找出影響低階模態(tài)的關(guān)鍵零件，改進(jìn)關(guān)鍵零件的結構形式與尺寸，如增加加強筋、加凸臺、做翻邊、增加材料厚度等，以提高結構的模態(tài)剛度。

2)采用密度較小的材料，降低模態(tài)質(zhì)量，但該措施易受到生產(chǎn)成木、材料特性和生產(chǎn)工藝的影響，在實(shí)際應用中很少采用。

基于有限元模態(tài)分析理論，建立某大型卷板機上梁的有限元模型，對其進(jìn)行自由模態(tài)分析，了解上梁的動(dòng)特性，為此類(lèi)卷板機上梁的設計提供了理論依據和參考。對不合理的結構進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高了上梁的固有頻率。提出提高模態(tài)性能的改進(jìn)建議，為大型卷板機整機的優(yōu)化設計提供了依據和方法。