塔式起重机(以下简称塔机)广泛用于工业、矿山、建筑等领域，它由金属结构、工作机构和驱动控制系统等组成。金属结构是塔机的骨架，承受着塔机自重以及作业时的各种外
载荷，是塔机的重要组成部分川。对金属结构进行设计必须确保其在工作过程中满足强度条件。塔机在工作时，由于受不同频率和不同振型的振动源等因素的干扰，其振动严重影响塔机的工作性能，结构易产生疲劳破坏。在进
行结构设计时，必须了解结构的振动特性.避免外激励的频率与塔机结构的固有频率相近，防止发生共振现象。模态分析用于确定设计结构的振动特性，它们是承受动态载荷结构设计
中的重要参数。也是其他动力学分析问题的起点。
本文以F L5510塔机为例，采用有限元法进行建模，对其结构进行模态分析，确定了该结构的固有频率及振型，为研究该型塔机的其他动力响应提供了依据。
1.1模型简化
根据塔机的结构特点.在Ansys中可利用梁单元来模拟塔机的钢结构，同时为了使建立的塔机结构动态分析模型更加合理，应遵循以下原则:模型能全面、准确地反映塔机的结构特点;塔机模型应与实际形状保持几何上的相同，对研究问题影响不大的局部结构可适当的简化;模型所受的载荷应与塔机实际工作中外载荷作用下相同;模型的边界条件处理应与塔机实际工作时保持一致;对变幅机构、配重等塔机附件采用质量单元来模拟。在建立塔机有限元模型时，根据以上原则进行必要的简化。
1)回转机构的简化由于回转支承等实体部件的几何尺寸较小，刚度大，质量集中，且实体部分局部不易失稳，对塔机结构整体分析时，将回转结构等实体部件采用梁单元进行等效处理，减少塔机整体分析中的单元种类，使塔机的整体分析中只包括梁单元，避免了具有不!可节点自由度的梁单元和板壳单元的连接问题，便于后处理分析。
2)塔机附件(如电机等)的几何尺寸较小‘质量集中，对整体结构进行分析时。将附件等实体部件采用质盈单元来处理;由于变幅钢丝绳，分布比较均匀，且相对于整机的质量较小，故可
忽略钢丝绳的质址。为了建立模型的方便对平衡重部分、起升机构、变幅机构采用增加质盆单元的办法来模拟。
由于塔身底部结构刚度大，与地墓用地脚螺栓相连，其底部能承受弯矩，假定其为固定支座，约束底部4节点的所有自由度;起重臂、平衡臂根部通过销轴与回转节相连，在臂架起升平面可认为是固定铰支座，采用藕合处理，仅释放绕其销轴转动自由度，以反映臂架与回转节的真实连接情况。由于塔身的刚度很大，上部弯矩小，故可把塔帽与上回转支座的连接及下回转支座与塔
身的连接作为固定支座;起重臂、平衡臂通过拉杆与塔顶连接，拉杆通过销轴将起重臂、平衡臂与塔顶连接，其连接可认为是固定铰支座，采用辆合处理。
1.2单元类型选择
塔机的金属结构主要由竖直塔身、起重臂、平衡臂和塔顶等部件组成，是典型的析架结构，它由许多拓扑形状相同的杆件组成。塔机的大多数杆件在实际承载时除了主要承受轴向力外，还会承受如弯矩、扭矩及剪切等内力，为了提高建
模的准确性，选用考虑拉压、弯曲和扭转刚度的空间梁单元Beam 188[']进行建模。平衡臂及起重臂与塔帽连接用的斜拉索选抒link 8单元模拟即可满足分析要求。link 8是2节点3自由度的轴向拉伸、压缩三维杆单元，主要用于模拟两端节点铰接的空间杆件，不考虑杆件的弯曲及扭转变形，具有塑性、蠕变、大变形及大应变等多种特性，用来模拟衍架、缆素、连杆及弹黄等。
质最单元选用Mass 21, Mass 21具有1节点6自由度，即沿X, y,:向的平动及绕x, y,:轴的转动，能体现三维结构的质盆集中。
1.3建立模型
塔机各部分杆件的材料属性均取用钢材的属性，根据选择的单元类型定义塔机各杆件的截面形状和尺寸。Ansys提供了强大的模型生成功能，能够通过自底向上的建模方法构建各种有限元模型，本文采用直接法和间接法相结合的建模方法建立塔机结构有限元模型，该模型由1 283个单元和557个节点组成。
模态提取使用了子空间法，该方法用子空间迭代技术，使用广义Jacobi迭代算法，能使大多数模态分析得到好的解决。由于该方法采用完整的刚度矩阵【K]和质量矩阵【M]，且具有很高的
效率与精度，只需很少的用户介人。因此，本文采用该方法来进行模型的模态求解。
由振动理论可知，对于塔机这一多自由度系统而言，低阶固有频率对系统的动力响应贡献较大，而高阶固有频率影响较小。所以，只要提取塔机低阶固有频率就能很好地反映结构的动力特
性。本文对塔机模型进行模态分析求解，得到塔机结构的振动频率和振型，并扩展至前6阶模态[s].各阶振型图
本文研究了塔机的有限元建模方法，对各个构件和节点的处理根据塔机真实的受力特点进行了合理的分析，使计算模型更逼近于塔机的实际结构。另外，对塔机的模型进行了模态分析，获得了塔机结构的固有频率和振型，避免了常规分析塔机动态
响应时做的种种假设，使结构更具可靠性。
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