卷板機是用于彎曲金屬板材的鍛壓設(shè)備，是鍋爐、造船、石化、金屬結(jié)構(gòu)、水泥機械、化工機械、機械制造領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備之一[U]。隨著卷板機卷板能力的不斷提高，振動和噪聲開始引起人們的關(guān)注，對其動態(tài)性能和振動問題的研究也越來越重要。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，使上輥在工作過程中能夠承受各種載荷的作用，實現(xiàn)對上輥撓度的補償。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅要保證上梁有足夠的靜強度和剛度，還必須考慮各種動態(tài)因素的影響，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的動力分析，以達(dá)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(shè)計結(jié)構(gòu)或機器部件的振動特性(固有頻率和振型)，結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)，同時也可作為瞬態(tài)動力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析問題的起點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(jié)構(gòu)，采用算法簡單、收斂速度快、精度高，適用于大型對稱特征值求解問題的Lanczos法。

1. 1上梁建模及導(dǎo)入Ansys 大型數(shù)控船用卷板機上梁屬于大型結(jié)構(gòu)件，因此，在建模前對上梁進(jìn)行合理的簡化。本文根據(jù)上梁的具體結(jié)構(gòu)形式及受力特點，略去尺寸較小不作為主要承力部件以及明顯不會影響整體強度及剛度的部分，如螺栓孔和銷釘孔、倒角。在這個過程中既要對分析對象進(jìn)行合理的簡化以便于計算，又要確保原始分析對象的主要結(jié)構(gòu)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(dǎo)入Ansys。

1.2有限元單元類型的選取 在選擇單元時，不但要全面反映結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，同時應(yīng)盡可能選擇簡單的單元以節(jié)約計算時間[’]。常用的三維實體結(jié)構(gòu)單元有Solid 45, Solid 92, Solid 95和Solid 185等.木文采用四面體一卜節(jié)點線性單元Solid 92。四面體有很好的曲線邊界性，應(yīng)用于邊界形狀復(fù)雜的實體非常方便。Sol- id 92單元侮個節(jié)點有3個移動自由度，可以很好地劃分不規(guī)則的網(wǎng)格，節(jié)省計算時間。

1.3網(wǎng)格劃分 有限元分析中，模型網(wǎng)格劃分越細(xì)致、單元階次越高，則計算結(jié)果越準(zhǔn)確，然而耗費的運算時間也越長。木文采用Ansys提供的智能網(wǎng)格劃分工具“Smart Size”來劃分網(wǎng)格。當(dāng)采取等級為7 級時，共劃分出34 887個節(jié)點、43 773個單元: 若采用6級細(xì)分，則劃分出約17 620個節(jié)點、 53 163個單元。

1.4施加約束條件 施加約束時應(yīng)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;沒有多余的約束，以避免增加計算剛度，使計算結(jié)果失真; 所施加的邊界條件必須符合實際工況:力求簡單直觀，便于計算分析周。自由模態(tài)分析的邊界條件:無任何約束。

通過優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)性能的對比，得出提高結(jié)構(gòu)模態(tài)性能的措施:

1)根據(jù)模態(tài)分析結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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，在實際應(yīng)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，了解上梁的動特性，為此類卷板機上梁的設(shè)計提供了理論依據(jù)和參考。對不合理的結(jié)構(gòu)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(shè)計提供了依據(jù)和方法。