本文針對船舶導熱油鍋爐底座支撐平臺這種鋼結(jié)構(gòu)，運用AUTO-CAD與ANSYS相結(jié)合的方法，建立了精確地鋼架整體有限元模型，使用有限元軟件ANSYS對導熱油鍋爐底座支撐平臺整體鋼架進行模態(tài)計算分析。計算結(jié)果表明，所設(shè)計的船舶導熱油鍋爐底座支撐平臺鋼架滿足設(shè)計要求，研究結(jié)果可為大型特種鋼架的模態(tài)分析提供依據(jù)和參考。
    隨著科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在國內(nèi)外大多數(shù)機械產(chǎn)品的設(shè)計、分析都離不開有限元軟件的支持，有限元軟件起到了越來越重要的作用。有限元軟件能夠詳細直觀的反映出所設(shè)計產(chǎn)品的力學特性，能夠盡早的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷，提高設(shè)計效率，保證設(shè)計質(zhì)量。設(shè)計者只需建立準確的產(chǎn)品仿真模型，就能夠直觀的分析出產(chǎn)品的力學特性和設(shè)計缺陷，大大的縮短設(shè)計周期，降低生產(chǎn)成本，使設(shè)計產(chǎn)品更加完善。
    為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，決定對上海海事大學自動化機艙實驗室中柴油機的余熱進行利用，在自動化機艙中加裝導熱油鍋爐。加裝之前需要設(shè)計一個鍋爐底座支撐平臺鋼架，所設(shè)計鋼架的最小固有頻率應(yīng)該大于外界的激勵頻率，避免共振的發(fā)生，滿足設(shè)計要求。
    鍋爐底座支撐平臺鋼架的有限元建模
    上海海事大學自動化機艙實驗室是由三層鋼架平臺搭建而成，分別位于主機兩側(cè)貼靠機艙墻體建造與主機固定鋼架平臺在兩層橋接相連?，F(xiàn)對機艙進行導熱油加熱系統(tǒng)改裝，需要添加燃油廢氣組合型導熱油鍋爐及其相關(guān)設(shè)備，相應(yīng)增加鍋爐底座鋼結(jié)構(gòu)平臺。此鍋爐連接主機的排氣口，利用柴油機的廢氣余熱加熱艙油油柜來達到余熱利用和節(jié)能的需要。經(jīng)過現(xiàn)場和圖紙的匹配計算，決定在鍋爐安裝位置主機排氣管側(cè)的兩層半搭建一個6×4.8米的鍋爐支撐平臺鋼架。
    由于平臺鋼架節(jié)點均為剛性連接，所以整個平臺鋼架選用結(jié)構(gòu)單元solid45。ANSYS中solid45用于建立三維實體結(jié)構(gòu)模型，單元通過8個節(jié)點來定義，每個節(jié)點有3個分別沿著x、y、z方向平移的自由度。此單元具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變等功能，可以很好地模擬平臺鋼架。
    排氣管道鋼架材料為Q235-A，材料在常溫下的屈服極限為235MPa，強度極限為380MPa，按照彈性模量為2.1×E+11MPa，材料的泊松比取為0.3，密度為7800kg/m³進行材料屬性定義。
    鍋爐底座支撐平臺鋼架的模態(tài)分析
    鍋爐支撐平臺鋼架由于和整個柴油機平臺相連接，整個鋼架不可避免的會受到柴油機啟動、運行、停車時產(chǎn)生的振動沖擊，而當這些沖擊的振動頻率與平臺鋼架的固有頻率相接近時，就會產(chǎn)生共振，尤其是要避免柴油機在常用轉(zhuǎn)速下的低階共振問題。因為在低頻振動時，阻尼很小而動力放大系數(shù)很大，即使激勵力幅值很小，在共振時也會產(chǎn)生很大的振幅，甚至造成破壞。
    模態(tài)分析是從原始參數(shù)（結(jié)構(gòu)特性、材料特性等）開始計算，運用有限元法形成整個系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣的離散數(shù)學模型，再求解特征值，確定模態(tài)參數(shù)。
    在對鍋爐底座支撐平臺鋼架進行模態(tài)計算時，要忽略其所受到的外部載荷。而在實際操作過程中，影響結(jié)構(gòu)機械性能的主要是其低階模態(tài)，高階模態(tài)的影響較小，所以采用subspace方法對排氣管道鋼架提取前20階模態(tài)進行分析。subspace方法比較適合于提取中型到大型模型的較少的陣型（﹤40）,內(nèi)部使用廣義的Jacobi迭代算法，在用于實體單元時，具有內(nèi)存要求低、精度較高的特點。
    表1  鍋爐支撐平臺鋼架的前20階固有頻率
 

 
    表1是鍋爐支撐平臺鋼架前20階固有頻率，從表中可見鍋爐支撐平臺鋼架的最小固有頻率為6.5033Hz，可以發(fā)現(xiàn)排氣管道鋼架的最小固有頻率大于柴油機的激勵頻率2.3Hz，所以共振不會發(fā)生。而且振型基本上是單一H型鋼的表位移，整體的位移變化量不大。所以滿足設(shè)計要求，不需改變結(jié)構(gòu)。

    本文運用AUTO-CAD對船舶導熱油鍋爐底座支撐平臺鋼架進行了精確的建模，然后導入有限元計算軟件ANSYS對其進行模態(tài)計算分析，從理論上驗證了此船舶導熱油鍋爐底座支撐平臺鋼架的固有頻率能夠避開激勵頻率，避免共振的發(fā)生，從而滿足設(shè)計要求，不需改變結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果可為大型特種鋼架的模態(tài)分析提供依據(jù)和參考。