罗茨鼓风机有限元动力学建模及动态特性分析

机械系统动态特性分析是结构动力学研究的重要内容之一。本文以罗茨鼓风机振动与噪声控制为工程研究背景,对其主要结构零部件和组合结构进行了动态分析与研究,通过试验验证了理论分析的可靠性,为罗茨鼓风机结构动力修改与优化设计奠定了理论基础。本课题是山东省自然科学基金项目“罗茨鼓风机噪声源识别与预估模型研究”(编号Y2006F38)的内容之一。 本文主要研究内容: (1)根据罗茨鼓风机结构特点,将其划分为主动转子系统子结构、从动转子系统子结构和箱体子结构。子结构分析采用有限元素法,而对整机系统求解采用动态子结构的固定界面模态综合法,建立罗茨鼓风机的主动转子系统、从动转子系统、机壳三个主要结构装配后的整机动力学模型,为风机整体结构减振降噪提供理论依据。 (2)应用有限元分析软件ANSYS建立罗茨鼓风机转子系统、箱体部分以及整机的动力学模型。首先,利用BlockLanczos算法对罗茨鼓风机系统进行了有限元模态分析计算,得出转子系统、箱体以及整机的前10阶固有频率和固有振型。通过分析对整个罗茨鼓风机的耦合振动情况有了清晰的了解。其次,对其箱体结构进行静力学有限元分析,校核了箱体的强度和刚度,并对箱体结构设计的合理性进行分析。最后,在模态分析计算的基础上,应用ANSYS软件对罗茨鼓风机进行谐响应分析计算,求出罗茨鼓风机表面关键节点的幅频动态响应曲线。 (3)在理论研究的基础上,建立了罗茨鼓风机整机模态试验模型,采用移动锤击法采集各点的冲击数据和响应数据,识别整机的模态参数,与有限元理论计算结果进行对比分析,验证理论分析的可靠性。