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基于ANSYS的装载机前车架的模态分析指导教师：班级：学号：姓名：论文的结构和主要内容一、课题研究的背景及意义二、主要研究的内容1、有限元模型2、模态求解3、结果分析三、结论课题研究的背景及意义课题研究的背景装载机是一种用途较广的工程机械,对加快工程建设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低工程成本等国民经济中都发挥着重要的作用，其性能优劣直接影响生产效率、使用寿命及操作性能。但由于其在作业过程中经常受到（随机）振动、冲击、交变作用力等因素影响，导致设备故障率高、使用寿命较短的问题,而前车架是整机强度、刚度设计的关键部件之一,故其设计水平直接影响装载机性能的好坏。课题研究的背景及意义课题研究的意义通过模态分析的方法可以确定机械结构在一定的频率范围内的振动特性,预知结构在预定频段内的振动响应,借此可以优化结构设计。因此，如何判断前车架结构的合理性及静动态特性的优劣，并对前车架结构设计进行优化，是一项十分重要的工作。工程机械行业属于国家建设的支柱产业之一，要设计出性能优越、安全可靠的装载机车架，本课题的研究有重要理论和现实意义。有限元模型1）导入并简化模型2）网格划分有限元模型1、导入并简化模型（1）HyperMesh的几何模型一般多从Pro/E、UG、CATIA等三维CAD软件导入，并且导入的模型的效率和模型质量都很高，可以大大减少很多重复性的工作。本例从现有的Pro/E模型导入。有限元模型（2）简化几何模型。根据分析问题的需要，删除对于分析没有必要的模型细节（如一些小孔或倒圆），有助于改善网格质量，分析也会进行得更有效率。有限元模型2）网格划分（1）二维网格划分。HyperMesh提供强大的网格划分功能，Automesh功能实现基于几何表面的二维网格的自动划分，通过交互式可以方便地控制网格划分参数，得到高质量的网格。划分后的网格如右图所示：有限元模型（2）改善几何模型的拓扑结构拓扑改进是指改善几何的拓扑关系，以获得高质量的网格，拓扑改进基本上不改变零件的形状。模型上若有轮廓形状较复杂的曲面，也将很难获得高质量的网格，可以通过增加边把曲面分切成较小、较简单的区域，以便于划分网格；或者增加硬点，即增加节点，以便于控制网格。有限元模型拓扑改进的方法A.在相关圆孔处适当添加节点，使网格更加圆滑。如右图所示：B.在相关的地方适当增加或减少节点，尽可能使两边成对称关系。有限元模型（3）网格质量检查在页面菜单中选择“2D”，并在控制菜单中单击“qualityindex”按钮，将出现如图情况，图片中出现的红色或者是黄色表示不合格的网格。有限元模型A.对图中不合格的网格进行局部放大，用鼠标左键改变节点的适当位置，使颜色变成蓝色或者无色，适当进行处理，尽量使坏点减少B.剩下一些无法处理的，删掉有问题的白色网格。有限元模型有限元模型3、经过一系列处理，得到的合格网格。最后由二维网格直接生成三维网格。模态求解1）有约束模型的模态求解。前十阶模态振型如下图所示：模态求解模态求解2）无约束模型的模态求解。模态求解模态求解结果分析通过求解计算可以看出，随着模态和固有频率的增大，振型图也产生相应的整体性或者局部性的变化。结论1.利用HyperMesh对一个复杂结构进行网格划分，能够对每个面进行网格参数调节和拓扑修复，得到高质量的网格。2.通过对某型号装载机前车架的模态分析，得到的固有频率可以了解到在车架设计时应该尽量避开哪些激励频率，得到的振型可以清楚地知道哪几阶振型在多大程度上参与了振动。结论3.在利用Pro/E软件所完成的较为复杂的模型可以顺利的导入有限元分析软件HyperMesh中进行前处理，而在HyperMesh完成模型的前处理后，又可导入有限元分析软件ANSYS中进行求解和后处理。这三种软件之间的转换是相当方便的，这样既减少了许多重复性的工作，又提高了网格品质，使结果分析更加精确。结论4.通过对装载机前车架模态分析可知，试验的边界条件是以工程实际需要为准的，机床架、高层建筑等要根据实际边界条件来定义约束，采用约束模态分析。飞机、火箭、导弹等因为实际工况及工作条件较复杂且对实际状态产生较小的影响，所以一般采用自由模态分析。致谢大学生活即将结束。借此机会，感谢所有的老师们，同学们和朋友们，一路上他们给予我很大的关心和帮助。当然，本文能够顺利完成，我要特别感谢我的指导老师杨教授。谢谢！