215
143
83
162
93
179
103
•网格划分
有限元网格数目过少，容易产生畸变，并影响汁算精度：
而数目过大，不仅对提髙精度作用不大，反而大大增加了计算工作量㈢。
因此网格划分前对模型进行了体切割与粘接布尔用算，再采用自由划分方式，以满足汁算精度与控制计算量的要求。
单元类型采用的是三维实体单元Solid164。
将模型的单元大小设豊为100mm,划分网格后的有限元模型如图1所示：
划分网格后生成：
节点数:
391020个
单元数：
56282个
图1轴承主体钢结构网格模型
Fig.lMeshingmodeloftheheavy-dutyslatfeederstructure
•施加载荷与约束
1.4.1约束施加
轴承钢结构与下部衔接结构部分的六个连接而和两个支撑而采用固左约朿（fixedsupport）o如图2所示：
1.4.2载荷施加
参考移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范（JB/T8849-2005）确左轴承载荷立义和工况组合计算方法。
根据加载频率，轴承钢结构需要确左以下三种不同类别的载荷:
主要载荷、附加载荷和特殊载荷。
在第一种工况下，按I类载荷工况分析，即按照轴承主要载荷进行加载，轴承实际承受的载荷主要有以下几个部分：
钢结构自重、设备倾斜载荷（重力加速度沿平行和垂直工作面方向加载）、积垢载荷4・2t、轴承输送物料载荷42认
A:
Modal
Modal
Frequency:
N/A
2014/4/818:
26
~B]CylindricalSupport:
0.mm~P]CylindricalSupport2:
0.mm
图2轴承主体钢结构约束情况
Fig.lConslrainlsofthehea\y-dutyslatfeederstructure
・模态分析
模态分析用于确泄设计中的结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型）。
它是承受动态载荷结构设计中的重要参数，同时也作为其它更详细的动力学分析的起点。
进行模态分析时，由于模态分析属于动态分析中的固有特性分析，固有特性由固有频率、振型等一组模态参数构成，它由结构本身（质量与刚度分布）决泄，而与外部载荷无关⑶。
所以在对模型进行模态分析时，只需施加约束即可，约束条件与静力学分析时一致。
2.有限元计算结果与分析
本文分析了轴承应力与变形计算结果和模态分析结果。
2.1静力学分析结果
A:
Modal
TotalDeformation2
Type:
TotalDeformation
Frequency:
407.17HzUnit:
mm
2014/4/818:
27
图3轴承主体钢结构位移云图
Fig.3Deformationcloudoftheheavy-dutyslatfeederstructure
A:
Modal
TotalDeformation3
Type:
TotalDeformation
Frequency:
23215Hz
Unit:
mm
2014/4/818:
27
4796.3Max
4264.1
3731.8
3199.6
2667.3
2135
1602.8
1070.5
538.23
5.9687Min
图4轴承主体钢结构应力云图
Fig.4Stresscloudoftheheavy-dutyslatfeederstructure
A:
Modal
TotalDeformation4Type:
TotalDeformationFrequency:
34622HzUnit:
rnrn
2014/4/818:
27
图5应力集中
Fig.5Stressconcentration
由图3可看岀轴承主体钢结构的最大位移发生在端部，最大值为3.380mm,小于许用挠度［f］：
—L/1000二15.180mm,满足刚度要求。
由图4可看出主体钢结构的等效应力大多集中在181.15Pa-60MPa之间，处于材料
Q235的安全工作范弗］内，满足强度要求。
图5显示，最大应力发生在约束点处，等效应力值为109.18MPa,这是由在该处的局部约束引起，符合圣维南原理。
在有限元计算中，采用的约束为节点约朿，而实际此处约束为局部分布约束，所以此处的应力集中可忽略。
2.2模态分析结果
轴承主体钢结构的振动可以表示为各阶固有频率响应的线性组合，由振动理论可知，在结构的振动过程中起主要作用的是较低阶模态，髙阶模态对响应的影响很小，并且衰减很快，故只考虑低阶模态对钢结构的影响冒。
低阶振动对钢结构的动态特性起决左性作用,
故在进行钢结构模态分析计算时取前6阶，主体钢结构模态分析的固有频率和振型见下表
2所示：
表2模态分析结果
Fig.2Resultofmodelanalysis
阶次
固有频率/Hz
振型描述
大振幅部位及最大幅值
1
9.673
钢结构端尾水平摆动
端尾，最大幅值0.253mm
2
10.482
钢结构断尾水平摆动
端尾，最大幅值0.263mm
3
14.125
钢结构断尾垂直摆动
端尾，最大幅值0.323mm
4
15.226
钢结构端尾垂直摆动
端尾，最大幅值0.318mm
5
16.196
钢结构局部垂直摆动
人字联结结构，最大幅值
3・534mm
6
23.316
钢结构沿垂直方向发生扭曲
两端,最大幅值为0.304mm
前6阶振型如下图所示:
AVcdrf
TjfHU«）
aiMiiifiii
图6第1阶振型图
Fig.6Thefirstvibrationmodemap
图7第2阶振型图
Fig.7Thesecondvibrationmodemap
AzWxial
图8第3阶振型图
Fig.8Thethirdvibrationmodemap
图9第・1阶振型图
Fig.9Thefourthvibrationmodemap
A:
Modal
TobiDWoonation6
图11第6阶振型图
Fig.11Thesixthvibrationmodemap
A：
Modal
ToUlfefcrm^on3
加订期Dtfcemfibon
Frequency：
51859Hz
图10第5阶振型图
Fig.10Thefifthvibrationmodemap
3结语
（1）通过对轴承主体钢结构的有限元静力学讣算结果看出，绝大部分结构的应力小于150MPa.能够满足钢材的强度要求，忽略约束处的应力集中，模型突变位置可以加工圆角减小应力集中。
主体钢结构的最大挠度也在许用范用之内，同样满足刚度要求。
（2）经过模态分析得岀钢结构的前6阶的固有频率和振型，为进一步主体钢结构的响应分析提供了重要的动力学参数，同时也为改进和优化结构设计提供了理论参考。
Staticanalysisandmodalanalysisofheavy-dutyslatfeeder
basedonANSYS/WORKBENCH
SHENQing-jie
（FacultyofMechanicalEngineering.DalianUniversityofTechnology.Dalian116024,China）
AbstractBasedonlhefiniteelementtheory,throughstaticanalysisandthemodalanalysisonthestructureofheavy-dutyslatfeederbytheANSYSAVORKBENCHsoftware,thestress,deformation,thefirstsixthnaturalfrequenciesandvibrationmodesarecalculated.Theyprovideanessentialtheoreticalbasisforoptimizationdesignandlightweight.Thepaperhassomereferencevaluesoncnginecring.
Keyword:
heavy-dutyslatfeeder;finiteelement：
staticanalysis;modalanalysis;ANSYS/WORKBENCH
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