考虑接触状态的固有振动分析优化

在实际情况中，常要对含有接触现象的装配体作固有振动分析。可是，用通常的线性分析工具无法对含有接触连接和螺栓连接的装配定义作固有振动分析。因为在有接触连接时，必须判别外加载荷是否会造成两个物体在接触面处的接触。若造成接触后，还要考虑接触面积和接触压力的大小等。而固有振动分析，却是分析物体固有的振动特性，不能边作上述接触判断边作固有振动分析。

为此，常常先作普通的有接触的装配体分析，从接触面的面压图上估计接触面积的大小。再另建一个模型，在新模型中，将两个物体之间接触连接处的具有相同接触面压的部分用固定连接来取代，而螺栓连接则用一般的刚性连接取代。这样，就可以对新的模型作固有振动分析了。不足之处是要分两步来分析，建模不方便，费时而且也不能考虑紧固力带来的刚度增加的效应。

当然，也可以像上一章所述的把接触连接调换成固定弹簧连接来做。但需要对弹簧刚度系数做调整。

如果用非线性分析工具，可以直接对含有接触连接的模型进行固有振动分析。在CATIA环境中，可以使用ANL（Nonlinear Structural Analysis）模块。ANL是和CATIA分析相集成的，求解器使用了Abaqus技术，可以考虑几何非线性和塑性的静应力分析和固有振动分析。

使用非线性工具的原理是先做一步静应力分析，得到最大载荷时的接触状态，并将此状态予以“冻结”，即相接触的部分用固定连接相连在一起。同时，它继承了上一个分析步的最后的状态，所以也考虑了如上一步里的螺栓预紧效果，并在此基础上实施一个固有振动分析。这样一来，只要对同一模型定义两个分析步（一个静应力分析步和一个固有振动分析步），又可以考虑预加载荷的影响，是比较有效的方法。

下面利用相同变速器装配体模型来简单地叙述其基本方法。

首先，在打开装配模型的状态下，切换工作台到ANL（Nonlinear Structural Analysis），见图3-32。

图3-32　ANL（Nonlinear Structural Analysis）工作台

与上一节相似，先定义两个箱体之间的接触连接。单击接触对（Contact Pair）图标，选择装配约束（见图3-33）。

定义虚拟螺栓连接和固支约束条件的方法与上一节完全一样。这样就定义完成一个分析步，称为Static Step-1（见图3-34）。

图3-33 接触连接的定义

图3-34 虚拟螺栓连接和固支约束条件定义后的变速器装配体(www.xing528.com)

然后，在下拉列表中这个分析步的后面插入一个频率分析步Frequency Step（见图3-35）。

系统自动地将分析步Static Step-1里的连接条件和约束条件予以继承。如图3-36所示，双击频率分析步特征Fre-quency Step-1，可以定义要分析的固有振动频率的阶数。

图3-35 频率分析步的插入

图3-36 频率分析步的选项

a）上一分析Static Step-1里的连接条件和约束条件予以继承 b）要分析的固有振动频率的阶数

最后，建立一个计算任务（见图3-37）进行计算，即可得到应力和固有振动的结果（见图3-38）。

固有振动的结果如图3-38所示。

图3-37 计算任务的建立

从图3-38可以看出，第6阶固有振动模态和频率运用ANL可以方便地考虑接触状态来进行固有振动的分析，非常适合于工程人员。

图3-38 考虑了接触状态的固有振动的分析结果