摘 要

近年来，在我国的公共交通类中，列车尤其是高铁、动车发展得十分迅速。这为我们乘客的乘坐出行带来了极大的便利。然而，同时铁轨装置的摩擦振动引发了一系列的轮轨啸叫等噪声问题，大幅度的降低了城市居民的生活水平。与此同时，铁轨装置不停地摩擦振动，严重时也会引起铁轨材料的零件磨损与疲劳失效，威胁到乘客和行车安全。

本文基于以上所述事实背景，在摩擦自激振动试验台的主体装置已完成初步设计的基础上，我们将对模拟摩擦自激振动试验台的整个工作装置进行基于ANSYS软件的模态分析和谐响应分析。其分析所得结果对试验台的实物搭建和研究提供一定的指导意义。本文主要内容包括：

（1）对摩擦自激振动装置进行简化，建立相应的简化模型。

（2）在ANSYS Workbench中对圆盘进行模态分析处理并得出相应的固有频率和振型图。

（3）模态分析后，对简化的试验台装置进行谐响应分析，得出相应的共振频率与共振幅值。

研究结果表明：经过对试验台的模态分析与谐响应分析可知其设计的模拟摩擦自激振动的机械结构的共振频率与幅值。可通过控制实验装置的转速来避免共振现象，随之可验证所设计的摩擦自激振动试验台装置及其控制能满足实验要求。

关键词：ANSYS；摩擦自激振动；模态分析；谐响应分析

Abstract

In recent years, the trains, especially high-speed EMU train and bullet train in the public transport in China have developed very quickly, which is a great convenience for our passengers' trips. However, the friction of the rail device caused a series of wheel noise problems, which has lowered the quality of urban residents' life. At the same time, the frictional vibration of the railway device will cause the rail material parts wear and fatigue failure when it gets serious, threatening passengers and traffic safety.

Based on the above background，when finished the preliminary design of the main device of the friction self-excited vibration test bed, we will analyze the whole working device of the simulated friction self-excited vibration test bed by modal analysis and harmonic response analysis based on ANSYS software. The results of the modal analysis and harmonic response analysis provide some guiding significance for the physical construction and research of the test bed. The main contents of this paper include:

(1) simplifying the friction self-excited vibration device and establishing the corresponding simplified model.

(2) Analyzing the disc for modal analysis in the software of ANSYS Workbench to get the corresponding natural frequency and mode of vibration pattern.

(3) After finished modal analysis, to do harmonic response analysis of the simplified test bench device to get the corresponding resonance frequency and resonance amplitude.

The results show that the resonant frequency and amplitude of the mechanical structure of the simulated friction self - excited vibration can be obtained by analyzing the harmonic response of the test bed. The vibration of the experimental device can be controlled to avoid the resonance phenomenon, and it can be verified that the designed friction self-excited vibration test stand device and its control can meet the experimental requirements.

Key Words：ANSYS；friction self - excited vibration；modal analysis；harmonic response analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 有限元分析的研究目的及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究目的 1

1.1.3 国内外研究现状 2

1.2 研究内容和技术路线 2

1.2.1 研究内容及目标 3

1.2.2 设计技术路线 4

1.3 本章小结 5

第2章 摩擦自激振动试验台的总体介绍 6

2.1 摩擦自激振动试验台的结构组成 6

2.2 摩擦自激振动试验台的理论基础 7

2.3 本章小结 8

第3章 ANSYS软件的介绍 9

3.1 ANSYS Workbench软件的介绍 9

3.2 ANSYS软件的应用领域与特点 9

3.3 本章小结 10

第4章 试验台圆盘的模态分析 11

4.1 模态分析简述 11

4.2 模态分析理论 11

4.3 模态分析流程 11

4.3.1 圆盘模型的建立 12

4.3.2 材料属性的设定 13

4.3.3 网格的划分 14

4.3.4 边界条件的确立 15

4.4 结果计算及分析 16

4.5 本章小结 18

第5章 系统的谐响应分析 19

5.1 谐响应分析简述 19

5.2 系统的谐响应分析流程 19

5.2.1 系统模型的简化及建立 19

5.2.2 系统模型的完善及划分 20

5.2.3 系统模型的边界条件的设置 22

5.2.4 系统模型的求解 23

5.3 结论与分析 23

5.4 本章小结 23

第6章 结论 24

参考文献 25

致 谢 27

绪论

在本章节中，主要对本课题的研究背景、研究目的和具体的技术路线进行了简要的介绍，对后来进行的仿真分析奠定了基础。

1.1 有限元分析的研究目的及意义

在本小节中，主要介绍摩擦自激振动试验台的研究现状，及ANSYS Workbench软件中的模态分析与谐响应分析两个模块的基本简介。让我们能通过此小节能对摩擦自激振动有一个深入的了解，同时也对模态分析和谐响应分析的现状做一个大致的了解与认知。

1.1.1 研究背景