基于ANSYS的混凝土泵车臂架系统流固耦合模态研究

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混凝土泵车臂架振动问题是当前研究工程实际应用的热点问题。臂架系统是混凝土泵车的核心结构之一,臂架系统的振动将直接影响浇注效率和泵送质量,且易造成疲劳破坏和臂架折断,因此臂架系统的动力学研究具有重要现实意义。而混凝土的压力脉动引起臂架系统的振动也是一个不容忽视的问题。泵车工作时,臂架的振动与混凝土在输送管内的流动耦合,属于典型的输流管道流固耦合动力学问题,虽然混凝土在管内流速较小,但由于其密度较大且臂架刚度较弱,所以混凝土与臂架之间耦合作用不可忽视。在此,本文基于ANSYS平台,对臂架系统进行流固耦合模态研究。研究工作主要包括以下几个方面:1.借助于泵车振动动力学模型建立了臂架系统动力学微分方程,并结合ANSYS软件计算原理,对臂架系统流固耦合动力学分析进行理论机理研究,同时介绍了混凝土泵车臂架模态分析机理。2.为便于模型求解计算,对臂架模型进行了合理简化。选取能较真实模拟实际的有限元单元,建立了五节混凝土泵车臂架系统水平工况有限元模型。3.基于ANSYS平台,通过APDL命令流编写,对泵车臂架系统进行模态仿真分析。分别模拟混凝土在管道中的输送过程,仿真计算混凝土输送至各节时臂架系统的模态情况,并与空管时臂架系统的模态进行对比,得出流固耦合作用对臂架固有频率和振型的影响;将空管和全部充满时臂架系统的固有频率进行数值计算,得出考虑流固耦合作用与不考虑流固耦合的固有频率之间的关系。4.建立了臂架系统三种典型工况模型,分别对其进行模态分析,对比分析各工况下流固耦合模态固有频率和振型;改变臂架厚度值,对臂架进行了仿真模拟,计算结果表明了随着节臂厚度的增加,刚度增强,固有频率不断增大,但当节臂厚度增加到一定值后,固有频率影响较小,此时可以从强度和疲劳的角度对其进行优化设计,实现更为卓越的稳定性。
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