基于ansys的真空平板玻璃模態(tài)分析

基于ansys的真空平板玻璃模態(tài)分析

1真空玻璃的振動(dòng)固有頻率隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)對(duì)玻璃的安全性能要求越來(lái)越高。由于其固有的脆弱特性，普通平板玻璃容易變形，結(jié)構(gòu)對(duì)安全性能的要求往往很難滿足。另外,真空玻璃在保溫隔熱、隔聲、防結(jié)露等方面有著比普通玻璃更為優(yōu)良的性能,是一種新型的節(jié)能環(huán)保材料。為了滿足真空玻璃在這類結(jié)構(gòu)上的安全應(yīng)用和整體剛度,了解真空玻璃的振動(dòng)固有頻率是十分必要的。特別是真空玻璃在使用和設(shè)計(jì)過(guò)程中,由于自然風(fēng)等外力激勵(lì)作用,很容易導(dǎo)致玻璃發(fā)生共振,給真空玻璃的安全使用帶來(lái)危害。因此需對(duì)真空玻璃的固有頻率進(jìn)行分析與計(jì)算,從而優(yōu)化玻璃結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的設(shè)計(jì),防止真空玻璃共振或松動(dòng)。真空玻璃是基于保溫瓶原理研發(fā)而成的新型節(jié)能玻璃,其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。兩片玻璃之間用微小的支撐物方陣隔開,周邊用低熔點(diǎn)玻璃料熔封,通過(guò)玻璃抽氣管進(jìn)行“排氣”后封口,形成氣壓低于0.1Pa的真空層,真空層厚度為0.1～0.2mm。2玻璃的流變學(xué)模型整張真空平板玻璃主要由兩塊平板玻璃組成,內(nèi)部由支撐體對(duì)稱布放,邊界由平板玻璃填充密封。支撐體有限元模型如圖2所示,真空平板玻璃有限元分析模型如圖3所示。模型尺寸:真空平板玻璃尺寸為1000mm×1000mm;玻璃厚度為5mm;支撐體間距50mm;圓形截面支撐體半徑0.4mm;支撐體高度為0.2mm;中間真空層四周邊界由低熔點(diǎn)玻璃封接。模型參數(shù)設(shè)定:玻璃的楊氏模量E=70GPa;泊松比v=0.22;密度r=2500kg/m3;支撐體的材料為1Cr18Ni9不銹鋼,其楊氏模量E=200GPa;泊松比v=0.31;密度r=7800kg/m3。邊界條件:真空玻璃側(cè)面對(duì)稱,位移約束、旋轉(zhuǎn)約束為零。玻璃上下內(nèi)表面分別與支撐體上下表面為柔性接觸,摩擦系數(shù)為0.7。受力分析時(shí),上下層玻璃表面受均勻載荷q=0.1MPa。網(wǎng)格劃分:采用20節(jié)點(diǎn)六面體單元。支撐體與支撐體接觸部分的玻璃采用較細(xì)網(wǎng)格。3真空平板玻璃模態(tài)分析3.1真空平板玻璃的三維分析過(guò)程真空平板玻璃有限元分析流程如圖4所示。3.2東南角兩組算法,以權(quán)為單位的anasas求解算法本文利用ANSYS軟件進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)采用的是BlockLanczos法。BlockLanczos法是ANSYS默認(rèn)的求解方法,它是采用Lanczos算法,用一組向量來(lái)實(shí)現(xiàn)遞歸的。BlockLanczos法適用于大型對(duì)稱矩陣特征值求解問(wèn)題,最適合由殼或殼與實(shí)體組成的模型,收斂速度更快。3.3板玻璃振幅特性真空平板玻璃第1～10階共振頻率及應(yīng)變見(jiàn)表1。結(jié)果表明:真空平板玻璃最低階固有頻率為677.98Hz,振幅最大為0.4830mm;最高階固有頻率為3190.5Hz,振幅最大為0.4783mm。真空平板玻璃第1～10階共振頻率及其應(yīng)變?nèi)鐖D5所示。4比較中空玻璃和平面玻璃的大小4.1模型參數(shù)設(shè)定模型尺寸:玻璃尺寸為1000mm×1000mm;玻璃厚度為5mm。模型參數(shù)設(shè)定:玻璃的楊氏模量E=70GPa;泊松比v=0.22;密度r=2500kg/m3。邊界條件:玻璃表面受大氣壓均勻載荷q=0.1MPa,玻璃側(cè)面位移約束、旋轉(zhuǎn)約束為零。網(wǎng)格劃分:采用20節(jié)點(diǎn)六面體單元4.2模型參數(shù)設(shè)定及邊界條件中空玻璃主要由兩塊平板玻璃組成,邊界由不銹鋼架填充密封。模型尺寸:兩塊平板玻璃尺寸為1000mm×1000mm,厚度為5mm;四周邊界采用9A不銹鋼框。模型參數(shù)設(shè)定:玻璃的楊氏模量E=70GPa;泊松比v=0.22;密度r=2500kg/m3;不銹鋼框的材料為1Cr18Ni9,其楊氏模量E=200GPa;泊松比v=0.31;密度r=7800kg/m3。邊界條件:平板玻璃側(cè)面對(duì)稱,位移約束、旋轉(zhuǎn)約束為零。邊界不銹鋼架位移約束、旋轉(zhuǎn)約束為零。受力分析時(shí),玻璃表面受大氣壓均勻載荷q=0.1MPa。網(wǎng)格劃分:采用20節(jié)點(diǎn)六面體單元。4.3結(jié)果的比較真空平板玻璃、單層玻璃、中空玻璃1～10階固有頻率的對(duì)比如圖6所示,真空平板玻璃、單層玻璃、中空玻璃1～10階應(yīng)變對(duì)比如圖7所示。5單層玻璃與中空玻璃動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析(1)通過(guò)ANSYS軟件對(duì)真空平板玻璃進(jìn)行了有限元?jiǎng)恿W(xué)模態(tài)分析,求出了真空平板玻璃1～10階固有頻率和振型,為了防止結(jié)構(gòu)發(fā)生共振,應(yīng)盡量使外界激勵(lì)響應(yīng)的頻率避開真空平板玻璃的固有頻率。真空玻璃每一階總位移矢量圖中發(fā)生應(yīng)變最大值的位置,這些區(qū)域應(yīng)重點(diǎn)考慮。(2)對(duì)尺寸相同的單層玻璃與中空玻璃動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析得出,真空平板玻璃與中空玻璃的固有頻率明顯高于單層玻璃,在低頻段不發(fā)生共振;同時(shí)真空平板玻璃固有頻率處于中高頻,不易發(fā)生共振。(3)對(duì)尺寸相同的單層玻璃與中空玻璃動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析得出,真空玻璃每一階振型均小于單層玻璃與中空玻璃大約0.2mm,安全可靠性更高。(4)真空玻璃動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析的研究結(jié)果確定了設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)特性,是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù),此外,也是進(jìn)行譜分析、模態(tài)疊加法譜響應(yīng)分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析所必須的前期分析。同時(shí),也為此后實(shí)驗(yàn)分析中確定揚(yáng)聲器的頻率提供參考。(5)因?yàn)楣舱裾切纬筛袈暤凸鹊囊粋€(gè)常見(jiàn)原因,