理療床身模態(tài)分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、本文闡述了模態(tài)分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法以及試驗設(shè)計方法的應用和研究的最新進展。針對KM01型溫熱理療床在使用過程中存在局部振動和噪聲偏大的現(xiàn)象，對理療床進行振動信號的虛擬采集，建立了理療床身結(jié)構(gòu)的有限元模型，運用有限元方法對理療床身進行模態(tài)分析，以了解理療床身存在共振為目標，采用拓撲優(yōu)化和試驗設(shè)計相結(jié)合的方式對理療床身進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終得到了可行的理療床身優(yōu)化方案。本文所做的主要工作有以下幾個方面：
　　 （1）理療床振動信號采集系統(tǒng)

2、設(shè)計?；贚abView平臺設(shè)計理療床振動信號采集系統(tǒng)，并介紹系統(tǒng)硬件設(shè)計與配置及軟件設(shè)計。采集床身上數(shù)點振動加速度信號，F(xiàn)FT變換成頻譜加以分析。
　　 （2）建立理療床身的有限元模型。以理療床身結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)建立了床身的CAD模型，將其導入HyperWorks后建立了CAE模型并分析了建模過程中要注意的問題：包括幾何模型的整理、單元的選取、焊點的處理、邊界條件的確定等，并對模型質(zhì)量的評價指標進行分析。
　　 （3）理療床

3、身的模態(tài)分析。運用有限元方法計算理療床身的自然模態(tài)。通過模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)理療床身的前三階模態(tài)固有頻率都處在振動電機的頻率變化范圍內(nèi)，證明確實存在共振，為床身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工作提供了目標和方向。
　　 （4）理療床身拓撲優(yōu)化。使用OptiStruct軟件，以一階模態(tài)固有頻率大于55Hz為約束，通過拓撲優(yōu)化的方法對理療床的支撐梁的結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計。通過改變理療床身的結(jié)構(gòu)來改變床身的固有頻率，使其避開振動電機的頻率變化區(qū)間，來消除共振。結(jié)果呈

4、現(xiàn)了“V字型”的支撐形式。以此為依據(jù)對床身結(jié)構(gòu)進行重新建模并進行模態(tài)分析，一階頻率大于55Hz，避開了共振區(qū)間。
　　 （5）理療床身板厚及形狀參數(shù)的試驗設(shè)計及改進設(shè)計。根據(jù)床身拓撲優(yōu)化的結(jié)果，把床身的板厚及形狀作為優(yōu)化參數(shù)，以減輕床身重量和提高床身的第一階模態(tài)頻率為優(yōu)化目標，找到影響模態(tài)頻率和床身質(zhì)量的主要因素，并確定因素的最佳水平，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　 本文的研究成果可對溫熱理療床結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供一定的參考價