Задача:
Провести расчет предложенной заказчиком модели для динамических испытаний, состоящей из оснастки и закрепленного на ней эжектора. Требуется определить собственные частоты и формы конструкции, отклик исследуемого объекта на гармоническое возбуждение основания и построить АЧХ ускорений точек, соответствующих местам крепления акселерометров. Также требуется провести расчет отклика конструкции на действие широкополосной вибрации и верифицировать расчетную модель с помощью экспериментальных данных.
Гармонический анализ провести в частотном диапазоне от 5 до 2000 Гц, при нагружении ускорением с постоянной амплитудой в 10 м/с2. Демпфирование в системе - 0,02.
В анализе случайных вибраций значение спектральной плотности ускорения постоянно на всем диапазоне частот и равно 0,01 g2/Гц.
Успешная верификация расчетной модели подразумевает различие между расчетными и экспериментально полученными собственными частотами не более 25%.
Решение:
Для решения поставленной задачи был использован продукт ANSYS Mechanical, в частности модули Modal, Harmonic Response и Random Vibration для динамического анализа. Сборка эжектора и оснастки изображена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Модель эжектора с оснасткой
Схема эжектора с обозначенными материалами представлена на рисунке 2. Оснастка изготовлена из алюминия АМц. Также в конструкции присутствует резиновый элемент – муфта, через которую патрубок эжектора соединятся с оснасткой.
Рисунок 2 – Схема эжектора и используемые в нем материалы
В динамическом анализе жестко зафиксированное основание считается базой, через которую передается динамическое возбуждение. На рисунке 3 синим цветом показано закрепление расчетной модели.
Рисунок 3 – Схема закрепления модели. Вид снизу
Для последующего сравнения результатов расчета и эксперимента на модели в соответствии с экспериментальным объектом в местах установки датчиков отмечены контрольные точки. Их расположение показано на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема крепления акселерометров
Перед проведением гармонического и стохастического анализов необходимо определить собственные формы и частоты исследуемой конструкции. Таким образом, был выполнен модальный анализ в соответствии с описанным ранее граничным условием. Результаты расчета – первые десять собственных форм и частот модели сведены в таблицу, а на рисунке 5 изображена первая собственная форма колебаний.
Рисунок 5 – Первая форма колебаний
В результате проведения гармонического анализа для контрольных точек получены АЧХ ускорения. Графики изображены на рисунке 6.
Рисунок 6 – Расчетные АЧХ
В результате проведения анализа случайных вибраций для контрольных точек получены спектральные плотности ускорения. Графики изображены на рисунке 7.
Рисунок 7 – Расчетные спектральные плотности ускорения
Сравнение расчетной и экспериментальной АЧХ дает возможность говорить о хорошем соответствии графиков – пиков и собственных частот – на большей части частотного диапазона. При этом собственные частоты одних и тех же расчетных и натурных форм колебаний на этих участках различаются меньше, чем на 25%, что удовлетворяет предложенному условию верификации.