主变压器风道的谐响应分析（二）

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3 主变压器风道的谐响应分析

通过主变压器风道的模态分析，对其施加垂向加速度激励载荷和载荷步(包括谐响应分析的频率范围、载荷子步数)后进行谐响应分析。

其中，吊挂设备最大垂向加速度为0.3g，则风道自身振动加速度引起的激励载荷为19Kg×1.3g=247N；谐响应的频率范围0～100HZ，载荷子步为100步；考虑到风道自身阻尼效应，根据《某轨道列车模态及振动测试试验》，风道的比例阻尼系数为0.042。

当主变压器风道垂直加速度载荷频率为36.8HZ时，其激励频率与主变压器风道一阶垂向弯曲固有频率37.9HZ极为接近，导致风道底板产生共振，其共振时的应力云图如图4所示。从图4可以看出，风道底板的最大应力为134MPa，其节点编号为34833。

提取节点34833号的应力-频率的谐响应曲线，如图5所示。由节点的谐响应曲线知，此节点分别在频率36.8HZ及76.5HZ时会发生共振。节点的谐响应曲线对应了2个峰值，其中以第1个动频峰值对应的峰值最大，其应力也最大。由于风道的激励载荷主要是垂向加速度载荷，因此风道共振振型主要表现为垂向弯曲振型，即共振频率分别在36.8HZ与76.5HZ附近。

图4 主变压器风道共振时的等效应力分布图（36.8HZ）

图5 主变压器风道共振时的应力曲线（Node:34833）

当主变压风道共振时，风道底板外缘中部应力较高，是产生局部裂纹的高危区，其应力为134Mpa，超出材料的许用应力125MPa。主变压器风道长期在共振频率36.8HZ下工作，易导致风道底板裂纹。从上述分析可以看出，主变压器风道的仿真分析与试验结果是一致的。

为使主变压器风道一阶垂向弯曲固有频率避开车体的垂向加速度振动频率36.8HZ，以改善主变压器风道的刚度分布，将主变压器风道出风口处的L型型材改为口字型型材，并在第一道型材附近再增加一道相同型材。

利用RADIOSS求解新结构风道模态，计算其固有频率，将风道原结构与新结构的模态统计如表3所示。

表3 风道模态对比

从表3可以看出，风道（新结构方案）的固有频率有了明显提高，避开了车体的垂向加速度振动频率，且第二阶振型已经变为菱形振型，避免了风道发生共振现象。

4 结论

（1）主变压器风道的一阶垂向弯曲固有频率36.8HZ与该风道垂向加速度振动能量的主频37.9Hz极为接近，风道底板产生共振并表现为弯曲振型。

（2）通过RADIOSS对风道进行谐响应分析，得到了主变压器风道底板的位移与应力。当风道共振时，风道应力被放大好多倍，应力值为134MPa，超出其材料的许用应力125MPa，易导致风道底板产生局部裂纹。

（3）通过改善主变压器风道的刚度分布，使风道的固有频率远离车体振动频率，避免了风道共振现象，提高了风道的寿命。