在现代工程技术领域,悬臂梁作为常见的结构元件,被广泛应用于各种建筑和工程结构中,如房梁、桥梁、输电塔、起重运输机械、船舶、工业炉、反应塔、空调支架以及仓库货架等。悬臂梁的设计和使用对结构的强度、刚度、稳定性和动力特性有着直接的影响。为确保结构安全稳定,对悬臂梁的振动特性进行分析研究具有重要的工程应用价值。
本研究中,李堂飞和逄焕东利用ANSYS有限元分析软件,对五种不同截面形状(矩形、工字形、槽形、T形和倒L形)的角钢悬臂梁进行了模态分析,以确定其固有频率。模态分析是研究结构动态响应的基础,通过这一分析可以得到结构系统的固有振动特性,包括固有频率、振型等关键参数,这为后续的振动分析和结构设计提供了重要依据。
在获得固有频率的基础上,研究者进一步进行了谐响应分析,即将结构置于简谐荷载作用下,分析其在不同频率下的振动响应,特别是位移响应。通过谐响应分析,可以预测结构在外加周期性载荷作用下的稳态动力响应,这对于结构在实际工作条件下的振动控制和安全评估具有重要意义。在本研究中,研究者成功获得了五种角钢悬臂梁在各节点的位移响应图,并分析讨论了各节点在不同频率下的变形情况。
分析结果显示,在所研究的五种不同截面形状的角钢悬臂梁中,倒L形截面的悬臂梁的位移响应情况最为复杂。这意味着在实际应用中,对于倒L形角钢悬臂梁的设计和使用,需要特别注意其振动特性,并采取相应的减振措施,以避免因振动问题而影响结构的安全性能。
此外,本研究在文献综述部分提及了多项相关研究,涉及悬臂梁和简支梁在静力或动荷载作用下的强度、刚度、稳定性及其动力特性的研究,这些研究为本课题的研究提供了理论基础和参考。特别地,有研究者使用ANSYS软件对具有不同截面规格的悬臂梁进行了整体稳定性的综合分析,还有研究者利用ANSYS软件仿真了自由阻尼悬臂梁,以及对悬臂梁冲击消振系统进行了实验研究。这些研究工作涉及了从实验到仿真、从静态到动态分析的多个方面,为本研究的开展提供了丰富的背景信息。
除了ANSYS软件在结构分析中的应用外,研究者还指出了结构在实际工作中的振动源和噪声源,例如空调器中的压缩机和风扇,在不同的工作状态下电机、风扇的旋转基频范围通常在0~100Hz。了解和识别这些工作状态下的振动特性,对于设计合理、有效的振动控制和减振方案具有关键作用。
在研究的作者通过ANSYS软件得到的五种角钢悬臂梁在简谐荷载作用下的位移响应图,为工程中解决角钢悬臂梁的振动问题提供了有价值的参考。这些研究成果不仅有助于理解复杂结构的动态行为,同时也为结构工程师在设计阶段提供了可靠的理论支持和数据参考,有助于提高悬臂梁结构设计的准确性和可靠性,对保障结构工程的安全和延长使用寿命具有重要的实际意义。