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基于ANSYSWORKBENCH的颗粒机机架的模态分析
摘要
本文以国内某颗粒机制造企业生产的一款颗粒机为研究对象，基于ANSYSWORKBENCH软件，对颗粒机机架进行了模态分析。通过对机架的自然频率、振型和振动幅值进行计算和分析，得到了机架振动的频率特性和受力情况，为颗粒机结构设计提供了可靠的数据支持和理论依据。
关键词：颗粒机；机架；模态分析；ANSYSWORKBENCH软件
Abstract
Thispapertakesagranulatorproducedbyadomesticgranulatormanufacturerastheresearchobject,andconductsmodalanalysisonthegranulatorframebasedonANSYSWORKBENCHsoftware.Bycalculatingandanalyzingthenaturalfrequency,vibrationmodeandvibrationamplitudeoftheframe,thefrequencycharacteristicsandforcesituationoftheframevibrationareobtained,whichprovidesreliabledatasupportandtheoreticalbasisforthestructuraldesignofthegranulator.
Keywords:granulator;frame;modalanalysis;ANSYSWORKBENCHsoftware
1.引言
颗粒机是将原料经过加工后转化为颗粒状的设备，广泛应用于各个行业中。颗粒机机架作为颗粒机的支撑结构，承担着整个机器的重量和在运行过程中所承受的惯性力、摩擦力、冲击力等多种荷载，其结构设计对颗粒机的正常运行至关重要。在颗粒机的实际应用中，由于受到物料的冲击、颠簸和振动等多个因素的影响，机架很容易发生裂纹、变形或者变软现象，一旦机架结构失稳，便会对颗粒机的正常运行产生非常严重的影响。
为了保证颗粒机的正常运行和使用寿命，必须对机架结构进行科学设计和合理优化。在机架的设计过程中，模态分析是非常重要的一项工作，通过计算并分析机架的自然频率和振型，可以了解机架的振动情况及其受力情况，为机架的优化设计提供可靠的理论支持。
2.ANSYSWORKBENCH软件简介
ANSYSWORKBENCH软件是一个综合性的有限元分析软件，可以在计算机辅助设计、工程分析、实验室测试等方面提供强大的分析功能支持。该软件集成了多种分析工具，包括结构力学、流体力学、热传导、电磁场等模块，可以实现静力学和动力学仿真分析、热力学仿真分析、流体力学仿真分析等多种分析功能。在机械结构分析和优化领域应用广泛。本文采用ANSYSWORKBENCH软件进行模态分析，通过建立颗粒机机架的有限元模型，计算分析机架的自然频率和振型等振动特性。
3.颗粒机机架模型的建立
颗粒机机架主要由上座、下座、前梁、后梁、立柱等组成，具有重量轻、结构紧凑、刚度大、稳定性强等特点。根据机架的实际结构特点，本文采用ANSYSWORKBENCH软件中的Geometry软件建立了颗粒机机架的三维有限元模型，如下图所示。
图1颗粒机机架三维有限元模型
将机架三维有限元模型导入到ANSYSWORKBENCH中，进行网格划分和边界条件的设置，网格划分使用Tetra4体元和Tria3三角形单元，边界条件包括固支和约束等，完成模型的几何划分和前处理工作后，可以进行模态分析的计算和后处理。
4.颗粒机机架的模态分析
颗粒机机架经过前处理后，首先进行模态分析。模态分析是指对结构的自由振动进行分析，包括结构的固有频率、固有振型等振动特性的计算。在ANSYSWORKBENCH中，进行模态分析的计算步骤包括材料属性的设定、边界条件的设定、求解中的控制参数设定和仿真结果的后处理等。具体步骤如下：
（1）设定材料属性。颗粒机机架的材料为Q235钢，其杨氏模量为2.1*10^11Pa，泊松比为0.3。
（2）设定边界条件。对于机架而言，上座和下座都是可以固定的，所以上座和下座分别设为固支边界条件，X、Y、Z方向的位移均为0。
（3）求解中的控制参数设定。在求解中，需要设定虚拟支点的位置，本文将机架的中心位置设置为虚拟支点，并使用频率法进行求解。
（4）仿真结果的后处理。完成计算后，对仿真结果进行后处理，包括自然频率、振型等振动特性的计算和分析。
根据ANSYSWORKBENCH软件的计算结果，得到颗粒机机架的前5个模态的自然频率、振型和振动幅值，如下表所示。
表1颗粒机机架的前5个模态的自然频率、振型和振动幅值
模态号自然频率（Hz）振型振动幅值（m）
117.00单向轴对称振动0.7