移动喷漆室室体骨架动态特性的有限元分析

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翻新时间：2022-11-01

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移动喷漆室室体骨架动态特性的有限元分析

【摘要】本文利用ANSYS软件对移动喷漆室室体骨架进行模态分析，得到室体骨架的固有频率及振型，找出室体骨架刚度较小的方向，并对比不同部位添加斜支撑对室体骨架刚度的影响，为室体骨架的设计和优化提供了一定的基础。

【关键词】移动喷漆室；室体刚度

近些年来，我公司在多家机床厂成功推广并应用了移动喷漆室，移动喷漆室与常规的固定式喷漆室相比，在设备利用率、生产操作和经济成本等方面都具有优势[1]，但是移动喷漆室增加了行走机构，室体移动过程中的晃动对室体与室体的对接、室体与风管的对接精度均有很大影响，所以移动喷漆室室体需要有较大的刚度，以减小室体移动过程中的晃动。模态分析是各种动力学分析的基础，通过对结构进行模态分析，可以得到结构的固有频率和振型，找出结构刚度较小的方向，采取一定的结构改进措施，增加结构刚度。所以本文利用ANSYS软件对移动喷漆室室体骨架进行模态分析，找出室体骨架刚度较小的方向，并通过添加斜支撑来提高室体骨架的刚度。

1、室体骨架的有限元模型

移动喷漆室室体主要由室体骨架和由自攻钉固定在骨架上的岩棉板组成，由于岩棉板附着于骨架之上，对室体刚度影响较小，所以室体骨架的刚度大小就反映了室体刚度的大小，本文在此只分析室体骨架的刚度。下图是室体骨架的三维模型：

图1.室体骨架的三维模型

图2.室体骨架的有限元模型

模型建立后需要设定材料属性，室体骨架所用方管的材料均为Q235，所以设定模型的材料属性为：杨氏模量为210GPa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3。

网格划分后添加约束条件，限制室体骨架底部14个关键点的自由度，然后添加一些必要的设置后即可进行模态分析。

2、求解分析

此处分析结构固有频率和振型和可以不考虑阻尼的作用，所以这是一个线性分析问题，在分析线性问题时，通常可以用固有频率及其振型来定性结构在载荷作用下的动态响应，但结构的动态响应往往取决于相对较少的前面几阶振型，因此只需要计算前面几阶振型就可以近似的模拟结构的响应。本文在此只计算室体骨架的前三阶固有频率。

ANSYS中求解完成后，通过后处理程序可以提取室体骨架的前三阶固有频率及其振型图，如下表所示：

表1 前三阶固有频率及振型

阶数频率振型图振型

1 4.08HZ 室体骨架沿长度方向进行整体的左右晃动

2 7.23HZ 室体骨架沿宽度方向进行整体的前后晃动

3 8.43HZ 室体骨架沿水平面方向进行扭转晃动

固有频率与结构的刚度成正比，固有频率越高，结构刚度越大。由上表可以看出，室体骨架沿长度方向的固有频率较小，刚度较小，容易发生晃动变形，影响室体的运行，而室体骨架沿宽度方向的刚度及水平面内的扭转刚度相对较大，所以需要在室体骨架长度方向上添加一定数量的斜支撑，以此提高室体骨架沿长度方向的刚度。

本文在此比较三种支撑添加方案对室体骨架刚度影响：

图3.斜支撑添加方案

对以上三种方案分别在ANSYS中进行模态分析后可以得到其前三阶固有频率，如下表所示：

表2 前三阶固有频率

1 4.48 4.50 5.06

2 7.25 7.15 7.17

3 8.71 8.37 8.75

3结论与展望

（2）通过此次的研究，为喷漆室室体的结构设计提供了重要的依据，具有一定的实用价值。下一步的研究方向可以是室体结构的重量优化，室体骨架大量使用150*100规格的方管，导致室体骨架的重量高达6吨多，可以考虑采用规格较小的方管来降低室体骨架的重量，并通过添加斜支撑的方法提高室体骨架的刚度，以达到降低成本的目的。