电动振动台有限元建模及其附加台面设计

论文摘要

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。论文主要工作如下: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。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。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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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
• 2.2.1.1 磁路系统
• 2.2.1.2 活动系统
• 2.2.1.3 弹性支承及刚性导向系统
• 2.2.1.4 隔振装置
• 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
• 3.2.1 模态坐标与模态参数
• 3.2.2 试验模态分析及模态参数识别
• 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