结构的动态特性分析是结构动力学领域的一个重要研究方面,已被西欧发达国家列为结构设计领域的重点发展方向之一。本文以电机换向抽油机这一新型抽油机为工程研究背景,对其进行动态特性分析。抽油机是由传动件、支承件等组成的,保证传动部分各部件可靠、稳定地工作固然重要,然而传动部分要靠支架来支承,因此支架的可靠性、稳定性将会对整个抽油机产生直接影响。文章对抽油机支架动态特性的理论分析和试验分析进行了系统研究,提出了试验方案,为支架下一步的动力响应分析和优化设计提供了理论和实验基础,也为抽油机结构的改进提供了一条途径。 本文首先总结了国内外结构动态特性分析的研究成果,然后阐述了结构模态分析的理论基础,并以简支梁为例,讨论了在任意冲击载荷下结构的有限变形问题。文章从抽油机的组成和工作特点入手,系统地应用了有限元方法,综合考虑了提高计算精度和降低计算规模这个建模的根本问题,利用ANSYS软件,建立了抽油机支架的有限元计算模型。本文所建的模型采用空间桁架结构,混合使用梁单元和杆单元来离散支架,并对支架进行了静力分析、模态分析,讨论了支架结构参数变化及材料变化对模态的影响。对支架进行了极端情况下的瞬态分析,即钢丝绳断,支架在冲击载荷下的响应分析,并以分析结果为依据,从实际出发,提出建议。 分析结果表明,设计的支架结构存在较大的安全余量。本文在此基础上,以各杆件截面尺寸为设计变量,节点最大位移、杆内最大应力及截面尺寸范围为约束条件,支架重量最小为目标函数,对支架的结构参数进行了优化设计。优化后,根据就近原则确定各杆截面尺寸。经有限元再分析证明:优化后的支架能满足设计要求,且减轻了重量,降低了制造成本。 结构动态特性分析要求对结构系统进行较为准确的数学描述,目前工程中主要应用有限元技术来建立理论计算模型。这种方法采用了离散化的思想:将连续系统离散为一个节点上互相关联的离散结构。但是由于对结构物理、几何特性的假设和对结构约束及连接状态等的简化,使得理论计算模型在模型结构、模型阶次以及模型参数等三个主要方面存在误差,其计算结果的精度是否可靠,这需要