基于ANSYS的抱桿安裝力學(xué)研究

李澤軒

【摘要】 由于我國(guó)社會(huì)快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷提高，通信設(shè)備也在隨著不斷改革創(chuàng)新。通信設(shè)備成為現(xiàn)在生活中必不可少的必備品之一，人們的聯(lián)系大部分都是依靠通信設(shè)備來(lái)是實(shí)現(xiàn)的。通信在我國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)遍布人們生活和生產(chǎn)的各個(gè)部分，成為我國(guó)的生命線工程。我國(guó)多年來(lái)連續(xù)不斷發(fā)生自然災(zāi)害，導(dǎo)致通信設(shè)備被破壞，影響到人們的正常通信聯(lián)系，讓人們對(duì)此感到失望。為了讓通信設(shè)備在自然災(zāi)害中受到較小的破壞，保證通信設(shè)備正常工作，避免產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失，我國(guó)開(kāi)始對(duì)通信設(shè)備的抱桿安裝力學(xué)進(jìn)行研究，利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)其機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析、優(yōu)化，提高通信設(shè)備的整體使用性能。

【關(guān)鍵詞】 通信設(shè)備 抱桿安裝 有限元分析 動(dòng)力特性一、抱桿安裝試驗(yàn)分析

本文主要研究的是通信設(shè)備抱桿安裝的力學(xué)，選擇的試驗(yàn)研究對(duì)象是抱桿安裝通信設(shè)備，結(jié)構(gòu)組件有抱桿、安裝設(shè)備以及連接兩者的抱桿安裝件。抱桿安裝件是由固定板、加強(qiáng)梁、橫梁和2個(gè)L型的支架組成的；在通信工程的建設(shè)中，經(jīng)常用的抱桿有配重式抱桿、鐵塔式抱桿、附墻式抱桿、鐵塔平臺(tái)延伸抱桿等多種形式，本文主要的實(shí)驗(yàn)抱桿是將工程實(shí)際中抱桿做了一個(gè)統(tǒng)一和簡(jiǎn)化，把抱桿的底部和地面連接在一起，設(shè)備底面到底面的距離設(shè)置成一千米，用此來(lái)研究和分析抱桿與設(shè)備組成之間的力學(xué)關(guān)系以及影響。

在這個(gè)試驗(yàn)研究中，我們主要研究的是對(duì)自然災(zāi)害中，地震對(duì)抱桿安裝的影響，分析在地震的情況下，抱桿組件之間的相互作用力，以及組件的承受力。將它們之間力的相互影響分析出來(lái)，從而進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出抗震性強(qiáng)的抱桿安裝系統(tǒng)。

二、ANSYS有限元軟件分析

本次根據(jù)模擬地震固定的頻率以及地震的類型，判斷抱桿組件結(jié)構(gòu)是否會(huì)與地震發(fā)生共振的情況。如果設(shè)備在模擬的地震情況中，產(chǎn)生的震動(dòng)頻率與模擬地震的固定頻率相接近，則抱桿設(shè)備就會(huì)在地震的情況下與其發(fā)生強(qiáng)烈的共振現(xiàn)象，最后會(huì)導(dǎo)致抱桿設(shè)備承受不住力的作用而發(fā)生斷裂，使設(shè)備受到損壞。

根據(jù)模擬狀態(tài)下，彈性力學(xué)有限元法可以知道抱桿式安裝的設(shè)備在運(yùn)動(dòng)時(shí)的方程式：[M]{X}+[C]{X}+[K]{X}={F（t）}，其中的[M]代表著質(zhì)量矩陣，[C]代表著阻尼矩陣，[K]代表著剛度矩陣；第一個(gè){X}代表的是結(jié)構(gòu)加速度向量，第二個(gè){X}代表的是結(jié)構(gòu)速度的向量，第三個(gè){X}代表的是結(jié)構(gòu)位移向量，{X}={X1，X2，X3···，Xn}；最后的{F（t）}代表的是結(jié)構(gòu)激勵(lì)向量，{F（t）}={f1，f2，f3，··fn}。模態(tài)分析就是利用方程式來(lái)計(jì)算器特征值以及對(duì)用的特征向量。

模型建立。根據(jù)相關(guān)的軟件建立一個(gè)抱桿安裝設(shè)備的實(shí)體模型，在ANSYS中導(dǎo)入，對(duì)其動(dòng)力特性進(jìn)行分析。因?yàn)橥ㄐ旁O(shè)備內(nèi)部的構(gòu)建連接的比較復(fù)雜，所以在建立模型的時(shí)候省略了機(jī)箱、抱桿等中間的一些倒角和工藝小孔，對(duì)主要的研究原件（電路板、電子元器件等）進(jìn)行了嚴(yán)格的設(shè)計(jì)制作，利用平均分布將模型給建立好。

為了有利于有限元分析時(shí)的模型網(wǎng)格劃分，提高計(jì)算效率，在建立模型的時(shí)候，進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化，但是并不想象試驗(yàn)的進(jìn)行和效果。

三、試驗(yàn)研究以及結(jié)果分析

對(duì)試驗(yàn)方法以及試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行分析。對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行有限元分析是，根據(jù)通信設(shè)備抗震性檢測(cè)的有關(guān)規(guī)定，利用大型震動(dòng)設(shè)備對(duì)研究對(duì)象給予震動(dòng)力來(lái)源，并且將震動(dòng)的頻率固定在適當(dāng)承受范圍之內(nèi)。把所研究的設(shè)備按照工程連接方式安裝在抱桿上，并且用螺栓將其與振動(dòng)臺(tái)相連接。

此次抱桿安裝力學(xué)分析試驗(yàn)采用的是白噪聲激振法，震動(dòng)的頻率范圍控制在1到36Hz。為了保證加速度不會(huì)損害研究設(shè)備，將加速度值固定為0.1g，激振時(shí)長(zhǎng)為150s，并且采用先進(jìn)的加速傳感器對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行控制，最后得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且根據(jù)相關(guān)的方程式進(jìn)行計(jì)算，最后進(jìn)行分析研究。

試驗(yàn)研究結(jié)果分析。對(duì)于抱桿安裝通信設(shè)備的抗震性能來(lái)說(shuō)，影響到其結(jié)果的有兩個(gè)方面：（1）通信設(shè)備自身結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等抗震性能的影響；（2）抱桿安裝系統(tǒng)方面的影響。

而在試驗(yàn)中所知，通信設(shè)備的固有頻率與地震的頻率非常接近，發(fā)生地震的時(shí)候就會(huì)與地震頻率一起產(chǎn)生共振現(xiàn)象，最后就會(huì)導(dǎo)致通信設(shè)備損壞。為了避免共振情況的發(fā)生，必須對(duì)設(shè)備固有頻率進(jìn)行提高，減少地震頻率的影響。從大體上來(lái)說(shuō)，設(shè)備與安裝的抱桿相互作用對(duì)自身動(dòng)力的影響是最大的，抱桿系統(tǒng)自身的頻率越高，整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)力特性就越強(qiáng)，但是抱桿安裝件的剛度還會(huì)反饋?zhàn)饔昧?，所以固有頻率取決于抱桿。

安裝設(shè)備質(zhì)量以及高度三個(gè)方面。在進(jìn)行抱桿安裝時(shí)，應(yīng)該采取抱桿剛度高，設(shè)備質(zhì)量大的安裝在下部的方法來(lái)改善其動(dòng)力特性。

四、結(jié)束語(yǔ)

通信設(shè)備的抱桿安裝非常的重要，它的質(zhì)量好壞直接影響到了人們的生活和生產(chǎn)。為了避免出現(xiàn)較大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，保證人們的生活和生產(chǎn)，我們應(yīng)該根據(jù)所研究的動(dòng)力特性對(duì)設(shè)備進(jìn)行改善。根據(jù)有限元分析出的震動(dòng)特性對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高通信設(shè)備的抗震性能。