钢丝绳轮系结构！动力学分析中如何建模？

    笔者前作《电梯系统垂直方向晃动的规律、模态分析、快速方法等》建立了电梯系统的动力学模型。

    有读者问，钢丝绳和轮系之间实际是摩擦接触，这个在模态分析中应该如何考虑？这确实是个难点。在前作中，我们的处理方式是直接将钢丝绳端头和轮系的切入位置相互固定，没有建立摩擦段。如下图所示。

    该读者表示疑虑，这种简化方式能等效摩擦接触吗？首先我们从理论上分析一下。

    1）振动过程中，轮系和钢丝绳之间不出现滑动；

    2）模态分析是线性分析，研究范围是小幅振动；

    由以上两点可以得出：钢丝绳端头和轮切入位置的运动是一致的，所以它们相互固定能反映真实振动过程。这种简化方式等同于假设钢丝绳啮入轮系的一小圆弧段的刚度极大。和整个钢丝绳相比，一小圆弧段的刚度确实大。所以前作的建模方法从理论上来分析是合理正确的。

    理论分析，需要对振动理论有深入的理解，所以难以打消读者的疑虑。本文使用基于摩擦接触的电梯系统的模态分析。

    用实际案例，让读者安心。钢丝绳和轮系的使用场景很多，所以其它行业也可借鉴。

    把钢丝绳建立完整。

    电梯系统各部件只为示意，所以形状规则，可以很容易划分为六面体单元。划分为四面体单元也不影响本次分析。

    在ANSYS中，钢丝绳一般使用绳索Cable单元。因为本文要定义钢丝绳和轮系的摩擦接触，所以使用梁单元，强制梁截面的抗弯模量极小。

    先进行非线性静力学分析。建立钢丝绳和轮系的摩擦接触。打开大变形。

    然后进行预应力模态分析。

    轿厢垂向一阶晃动，模态频率8.3525Hz，和前作的8.3453Hz高度一致。

    轿厢垂向二阶晃动，模态频率18.492Hz，和前作的18.575Hz高度一致。

    其它模态。

    模态频率23.915Hz，和前作的24.303Hz高度一致。

    模态频率34.158Hz，和前作的35.524Hz高度一致。

    根据笔者的经验，动力学模型预测的模态频率和电梯系统实际的频率总是存在一点儿差别。这其实是意料之中的。原因如下：

    1）各刚度元件的刚度不一定能精确获得；

    2）各质量元件的质量不一定能准确获得；

    3）电梯系统中的非线性因素无法考虑；

    但是建立动力学模型意义重大。原因如下：

    1）可以大致预测电梯系统的模态频率和规律；

    2）在动力学模型中做抑振措施可以实现虚拟验证；

来源：华仿CAE