振动平板夯的有限元分析.docx

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振动平板夯的有限元分析

摘要

振动平板夯的应用十分广泛，无论在国外还是在国内，振动平板夯的技术都还处于探索阶段，还有许多技术问题有待解决。

主要犹豫其内部零部件复杂的工作状况和严苛的工作条件，使得对平板和工作过程实验和模拟变得困难。

难以在试验中找出相应的数据，对平板夯进行改善，抑制了平板夯的发展。

目前国外比较流行的是利用有限元的方法，对复杂零部件进行力学的分析。

包括静力学分析，线性，非线性分析，震动，疲劳等分析内容。

这使得原本复杂的实验变得简单，工程师，可以在电脑上模拟复杂的工作过程，采集到有用的数据，对平板夯的发展起到了开创性的意义。

振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。

为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际使用中的问题进行探索和研究。

有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。

求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。

它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。

类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

Abstract

Applicationofvibratingplateramisveryextensive,whetherathomeorabroad,vibrationplaterammertechnologyarestillintheexploratorystage,therearestillmanytechnicalproblemstobesolved.Themainworkingconditionsoftheinternalpartshesitationcomplexandharshworkingconditions,makesitdifficultfortheflatplateandtheworkingprocessofexperimentandsimulation.Itisdifficulttofindthecorrespondingdatainthetest,toimprovetheplatecompactor,inhibitedthedevelopmentofplaterammer.Nowmorepopularabroadistheuseofthefiniteelementmethod,themechanicalanalysisofcomplexcomponents.Includingstaticanalysis,linear,nonlinearanalysis,vibration,fatigueanalysisetc..Thismakestheoriginalcomplexexperimenteasier,engineer,cansimulatethecomplexworkprocessonthecomputer,tocollectusefuldata,thedevelopmentofplatecompactorhasplayedapioneeringsignificance.

Vibratoryplatecompactorvibrationexciterisareasontoworkthemachine.Inordertoimprovethedesignlevelofdomesticconsolidationgeneration,weestablishthemodelofcompactionofvibratingplate,theutilizationoftheoptimizedcomputeraideddesignandanalysis,andstudiestheproblemsinactualuse.

Thefiniteelementmethodisasolutionofapartialdifferentialequationboundaryvalueproblemofapproximatenumericalsolutiontechniques.Whensolvingtheproblemofthewholeregiondecomposition,eachsubregionbecomesimplepart,thispartiscalledsimplefiniteelement.Itisthroughthevariationalmethod,theerrorfunctionminimumvaluesandgenerateastablesolution.Inanalogytotheconnectionofmultisectioncircularthoughtmicrolinearapproximation,thefiniteelementmethodcontainsallpossiblemethods,thesemethodswillbemanysmallregionscalledfiniteelementequationsonthesimplelink,anduseittoestimateamorelargeareaonthecomplexequation.Itwillsolvethefieldasmanyasbylittleinterconnectionfiniteelementsubdomains,Nowmorepopularabroadistheuseofthefiniteelementmethod,themechanicalanalysisofcomplexcomponents.Includingstaticanalysis,linear,nonlinearanalysis,vibration,fatigueanalysisetc..Thismakestheoriginalcomplexexperimenteasier,engineer,cansimulatethecomplexworkprocessonthecomputer,tocollectusefuldata,thedevelopmentofplatecompactorhasplayedapioneeringsignificance.

Vibratoryplatecompactorvibrationexciterisareasontoworkthemachine.Inordertoimprovethedesignlevelofdomesticconsolidationgeneration,weestablishthemodelofcompactionofvibratingplate,theutilizationoftheoptimizedcomputeraideddesignandanalysis,andstudiestheproblemsinactualuse.Thefiniteelementmethodisasolutionofapartialdifferentialequationboundaryvalueproblemofapproximatenumericalsolutiontechniques.Whensolvingtheproblemofthewholeregiondecomposition,eachsubregionbecomesimplepart,thispartiscalledsimplefiniteelement.Itisthroughthevariationalmethod,theerrorfunctionminimumvaluesandgenerateastablesolution.Inanalogytotheconnectionofmultisectioncircularthoughtmicrolinearapproximation,thefiniteelementmethodcontainsallpossiblemethods,thesemethodswillbemanysmallregionscalledfiniteelementequationsonthesimplelink,anduseittoestimateamorelargeareaonthecomplexequation.Itwillsolvethefieldasmanyasbylittleinterconnectionfiniteelementsubdomains,fforeachunitthereisasuitable（simpler）approximatesolution,andthensolvethedomainalwayssatisfycondition（suchasthestructureoftheequilibriumconditions）,soastogetthesolutionoftheproblem.Thissolutionisnottheexactsolution,butapproximatesolution,becausetheactualproblemisreplacedbyasimplequestion.Sincemostpracticalproblemsdifficulttogettheaccuratesolution,andthefiniteelementcalculationofnotonlyhighprecision,butalsocanadapttovariouskindsofcomplicatedshapes,soitbecomestheeffectivemeansofEngineeringanalysis.

目录

一，振动平板夯的特点和背景

二，振动平板夯的技术难点

三，有限元在振动平板夯中的应用

四，结构件的有限元分析

4.1有限元介绍

4.2有限元分析过程讲解

4.2.1前处理导入模型

4.2.2前处理材质设定

4.2.3前处理网格划分

4.2.4边界条件设定

4.2.5计算

4.2.6分析结果评估

五，结构优化

六，总结

七，参考文献

一，振动平板夯的特点和背景

在道路和建筑施工中都要对基础和路面进行压实，压实作业是施工中的一个重要组成部分。

有效的压实能显著提高基础或路面的承载能力和稳定性，提高不渗透性，消除沉陷。

压实质量如何，对道路和建筑的安全和寿命有着决定性的影响。

如何有效的提高压实度已经成为一个需要迫切解决的问题。

压实机械有多种分类方法，按工作装置的外形可分为：

圆柱形，平板型，多边形，凸块形，羊角形等；按载荷可分为：

静作用，振动作用，冲击作用等；按驱动方式可分为：

自行驱动式，拖动式等；按压实原理课分为：

静力压实，振动压实，震荡压实，真空压实，夯实，冲击压实等；振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。

为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际使用中的问题进行探索和研究。

有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。

求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。

它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。

类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

振动平板夯主要用于夯实颗粒之间的粘结力及摩擦力较小的材料，如河沙、碎石、沥青等。

其主要工作参数有：

工作平板底面面积、整机质量、激振力、激振频率的影响。

振动平板夯主要适用于夯实颗粒之间的粘结力及摩擦力较小的材料，如河砂、碎石及沥青等。

振动平板夯的主要工作参数有：

工作平板底面面积、整机质量、激振力及激振频率。

一般情况下，同一种规格的平板的底板面积都差不多，所以平板冲击夯的性能主要受整机质量、激振力及激振频率的影响。

激振力主要是用来维持被夯实材料的受迫振动；而激振频率则影响夯实效率及夯实程度，即在同样的激振力作用下，激振频率越高，夯实效率及密实度越高。

振动平板夯在工作跳起时都要维持一定的跳起高度，一般在0.4-0.8mm之间。

振动平板夯在达到同样激振力时，平板夯的工作频率越高，其所需的振动质量就越小，从而其整机质量就越轻。

但是，由于大部分平板夯都使用汽油发动机作为动力源，而汽油发动机能承受的振动有限，所以工作频率越高，其隔振要求就越高，从而对各部件的技术要求就越高。

二，振动平板夯的技术难点

压实机械有多种分类方法，按工作装置的外形可分为：

圆柱形，平板型，多边形，凸块形，羊角形等；按载荷可分为：

静作用，振动作用，冲击作用等；按驱动方式可分为：

自行驱动式，拖动式，自移式等；按压实原理课分为：

静力压实，振动压实，震荡压实，真空压实，夯实，冲击压实等；按质量和作用力大小可分为：

定向振动，圆周振动，多频振动，混沌振动等。

2.1 平板夯的作用及工作原理 

振动平板夯利用激振器产生的振动能量进行压实作业，其对地面产生强烈的冲击力形成冲击波向地表内层传播，使被压层永久变形，激振力引起被压层颗粒振动或产生共振，减小土壤微粒之间的内摩擦力并产生位移，冲击振动相结合使之处于最密实状态，打倒压实效果。

振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。

为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际使用中的问题进2.2行探索和研究。

有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。

求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。

它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。

类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之2.3有效的工程分析手段。

振动平板夯主要适用于夯实颗粒之间的粘结力及摩擦力较小的材料，如河砂、碎石及沥青等。

振动平板夯的主要工作参数有：

工作平板底面面积、整机质量、激振力及激振频率。

一般情况下，同一种规格的平板的底板面积都差不多，所以平板冲击夯的性能主要受整机质量、激振力及激振频率的影响。

激振力主要是用来维持被夯实材料的受迫振动；而激振频率则影响夯实效率及夯实程度，即在同样的激振力作用下，激振频率越高，夯实效率及密实度越高。

2.4平板夯的特点 

本设计将采用双偏心块回转振动发生器，针对之前的蛙式夯实机自身体积大、质量大使用和转移不方便；偏心块外漏违反安全要求；噪音大工作时影响附近居民生活；夯头架连续冲击金属结构部分应以出现断裂；夯头架上的联接螺栓也在连续冲击下容易松动，如不经常检查容易造成偏心块飞出伤人事故；灵位蛙式打夯机在使用中操纵人员劳动强度大、传动带受偏心块激振力周期变化的影响容易失效，需要不是更换；而且夯实效果也差。

从上述情况看，工程施工场所需要一种小型压实机械，要求性能：

振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。

为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际使用中的问题进行探索和研究。

有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。

求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。

它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。

类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

质量较轻，体积小，结构紧凑，外观新颖，便于移动场地，操作轻便，压实作用大，压实效果好，价格低廉，适合我国国情。

市面上最为常见的平板夯分为内燃式和电动式振动平板夯，而按照振源可分为单振动质量型和双振动质量型；单质量的是全部质量参加振动运动；而双质量的是下部质量与上部质量之间有隔振装置。

三，有限元在振动平板夯中的应用

振动平板夯结构强度研究概况 

侧板、大梁和横梁是平板夯箱的主要受力构件,所以振动平板夯平板夯木文主要研究的振动平板夯分机械是利用激振器带动平板夯箱振动来实现平板夯分工作的机械设备，工作环境也比较恶劣，所以平板夯分机械的结构往往损坏比较快，这就需要对振动平板夯进行有限元分析，本文用UG对振动平板夯三维建模，用ANSYS对振动平板夯有限元建模，用ANSYS进行了模态分析、静力学分析。

通过分析得到相应的云图得知：

1.对于对称结构的振动平板夯，正对称的固有频率对其振动起绝对作用，而正对称固有频率远远大于振动平板夯的激振频率，即振动平板夯不会发生共振。

2.通过振动平板夯的应力分析，需用应力大于等效应力幅值，即振动平板夯满足强度要求。

实际的结构往往会受到各种各样的外在载荷和复杂多变的工况影啊,都存在非线性的情况,而模态分析仅限于线性情况的研究,所以若能解决非线性的问题,将会对提高计算结果的准确度有很大的帮助。

由于时间关系本文还没能给出阐释。

受力最大的位置,但由于计算条件的限制,只能对横梁作等效的静强度分析。

近年来随着计算机的发展，有限元方法也得到了广泛的日本学者对日本生产的宽 4m,长 12m,平板夯分面积为 48m2振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。

为了提高国产夯设计生成水平，我们对振动平板夯进行模型的建立，利用计算机辅助设计和分析对其进行优化，并对实际使用中的问题进行探索和研究。

有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。

求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。

它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。

类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

的大型惯性振动平板夯进行了强度分析，利用 ansys 软件分析得出结论:

振动平板夯达到预定转速时,构件无共振点,构件应力值也未发现较大跳动并与实测结果基本吻合,从而肯定了振动平板夯在平板夯分作业时是安全可靠的；

傅莉等用 SAP91 软件对 2ZKX1760 型振动平板夯进行动强度分析，分析得出该振动平板夯各阶频率均避开了其工作频率,各部位应力值较低,其设计满足强度要求，振动平板夯的较大应力主要分布在大小横梁与平板夯箱接触处,其它部位应力水平较低,强度储备较大,可适当改进以减轻重量,节约材料；李永志等对 SXJ4261 型香蕉平板夯进行动态特性分析，通过分析得出平板夯机工作在远共振区,并对平板夯机各部位进行了应力校核；刘金生等对 TMS 型三电机自同步振动平板夯进行有限元分析；侯勇俊等对 XRZS-Z 型振动平板夯结构强度进行有限元分析，分析得出平板夯箱的最大应力未超过许用应力 ,满足强度要求；李云堂对 ZD1500 型振动平板夯结构进行动态特性分析，分析得出振动平板夯在工作过程中, 平板夯箱侧板框架存在几个应力集中区，但各部位动应力值较低，小于许用应力，不会引起共振；王进军对 ZK2450振动平板夯进行动态特性的分析；丁凯对 ZKB3675 大型直线振动平板夯进行动强度分析；王兆申基于有限元法对振动平板夯进行模态特性分析；朱维兵用 Pro/E 对石油钻井振动平板夯进行动态特性分析，分析得出振动平板夯在工作过程中,平板夯箱侧板存在四个应力集中区,但各部位动应力值较低，小于许用应力，出口端 L 型加强板和纵向加强梁强度相对较弱,有待加强；张永锋等用 ANSYS 对 2065 椭圆振动平板夯进行动应力分析，分析得出最大应力区域为入口端梁处，大于许用应力值，通过结构改进最终使应力水平整体上降低并趋于均匀；吴丽娟等用 ANSYS 对 ZKZ21537 型直线振动平板夯进行了模态分析和谐响应分析，分析得出振动平板夯第 9 阶模态振型为侧板的弯曲振动，其模态频率为 15.347Hz，接近工作频率 16Hz，振动平板夯在工作过程中平板夯箱侧板与上横梁的接触部位存在四个应力集中区，其中最大动应力超过许用动应力值，通过在靠近出口端处再加一根上横梁使第 9 阶模态频率远离激振频率，同时应力集中的情况也得到改善。

四，结构件的有限元分析

4.1有限元介绍

在数学中，有限元法（FEM，F