桁架结构的静动态特性有限元分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2008年8月宇航计测技术Aug．，2008第28卷第4期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementVo1．28．No．4文章编号：1000—7202(2008)04—0023—04中图分类号：TB121文献标识码：A桁架结构的静动态特性有限元分析王春喜何绪龙冯伟利崔桂利刘勇(北京航天计量测试技术研究所，北京100076)摘要通过对桁架结构的静、动态分析，探讨如何建立桁架的有限元模型及计算方法，并利用MSC．Pat—ran／Nastran程序对该结构进行静、动态分析计算，计算结果与实际情况吻合。

2、关键词桁架构架静态特性动态特性有限元法FiniteElementAnalysisofStaticandDynamicCharacteristicf0rTrussFrameWANGChun--xiHEXu--longFENGWei·liCUIGui--liLIUYong(BeijingAerospaceInstituteforMetrologyandMeasurement，Beijing100076)AbstractThroughafiniteelementanalysisofstaticanddynamiccharacteristicsforatrussframe，howtocreat

3、efiniteelementmodelandcalculationmethodfortrussframeiSdiscussed．ThenuseMSC．Patrarr／Nastranthetrussframeisanalyzedandthecalculationresultsaregoodlycoincidentwiththeex—perimentalresults．KeywordsTrussFrameStaticcharacteristicDynamiccharacteristicFiniteelementmethod1引言本文来源于稳定平台测试试验台架项目。稳定平台测试试验台架是我所

4、设计的模拟自动垂直钻井系统稳定平台井下工作状况的地面专用测试设备。该设备可以模拟在不同工况下，电动机带动钻铤和涡轮以指定转速旋转，实时监测钻铤的转角、转速、蜗轮的输出扭矩以及台架倾角等参数并通过计算机输出。如图1所示，试验台架主体是由铝型材焊接而成的桁架结构，被测稳定平台、驱动电机、负载电机以及测量元件等均安装在桁架之上，桁架的静、动态图1稳定平台测试试验台架设计模型收稿日期：2007—10—30；修回日期：2008—02—21作者简介：王春喜(1980一)，男，工程师，研究方向：机械结构设计。维普资讯http://www.cqvip.com宇航计测技术性能直接关系到整个测试设备的运行

5、和测量准确2．1．2载荷度，其强度、刚度和稳定性设计计算的准确性是十分桁架的受力主要是安装在其上的设备重力，同重要的。同时，在运行过程中，由于钻铤和蜗轮的旋时桁架的自重也需要考虑进去，分为两种典型工况，转，整体系统始终处于动态载荷作用之下，动态载荷即水平状态和竖直状态。考虑到设备安装的实际情通过各部件的衔接传递到系统的各个部位，从而引况，将这些载荷换算成桁架两端承受压力和集中力，起整体及局部的动态响应。因此，为了设计出运行具体如表2所示。稳定、安全、可靠的桁架，必须分析计算桁架的静、动表2桁架载荷工况表态特性。本文从满足工程实际应用出发，利用大型典型工况负载1负载2负载3有限元分析软件

6、MSC．Patran／Nastran完成了该桁架18783Pa3675Pa11025Pa1(桁架水平)(结构的建模和静、动态特性的分析计算。一Y向)(一Y向)(一Y向)2254N220N1764N2有限元分析计算2(桁架竖直)(一X向)(一X向)(一X向)2．1有限元模型的建立2．1．1单元类型2．1．3约束实体建模应尽可能地反映结构的实际形状，并本文只对桁架进行分析，不考虑摆动机构及地能作合理的简化，以建立符合结构真实力学性质的基的受力情况，故将桁架与摆动机构的连接看成固有限元模型。本文所分析的桁架，由于被测稳定平定支承。在进行静、动态分析时，将该处节点的6个台内的磁通门要求其附近不

7、能有导磁介质，所以各自由度全部约束。主要部件采用的材料均为2A12的角铝和铝板，主考虑结构及其受载特点，对模型进行合理的网梁和加强筋之间通过焊接方式连接。由于受到动态格划分，共生成了249个节点和319个单元。载荷等多种因素的影响，外载荷产生的弯矩对杆的2．2线性静力分析本文中桁架在设计载荷的作用下，结构的实际变形和应力有较大影响。显然，用空问桁架结构来变形很小，其基本结构关系可以看成是线性的而不建立有限元模型更符合实际情况。建模时不必建立致有