超高速磨床结构建模的研究

以某超高速磨削机床为研究对象,利用三维软件Pro/E对超高速磨削机床进行了CAD建模,利用吉村允孝积分法确定结合部参数,建立结合部动力学模型.利用Ansys软件对其进行网格划分,建立了超高速磨床的有限元模型,并通过模态分析和实验来检验有限元模型,为研究超高速磨床的动态特性做好准备.     

基于ADAMS的导轨副振动特性比较与改进

导轨是汽车冲压件在线检测设备的重要部件,对汽车冲压件在线检测设备的精度高低有着至关重要的影响,在系统的机构误差中70%多与导轨有关。为达到导轨副选型的目的,本文就在线检测设备单轴方向的两种导轨副方案：空气静压导轨副和LM辊子滚动导轨副进行了振动特性研究。首先,对空气静压导轨副的参数进行了理论推导并建立了系统强迫振动模型,其次基于ADAMS振动模块,对两种导轨副进行了模态分析和振动特性比较,最终证明滚动导轨副具有较优的特性。为汽车冲压件在线检测设备的导轨副选择提供了理论参考。     

数控机床导轨结合部动态特性参数优化识别方法研究

数控机床结合部动力学参数识别是机床动力学分析中至关重要的一个环节。针对企业精密卧式加工中心动力学设计的需要,在对该加工中心导轨部件进行模态试验的基础上,提出了一种将模态实验数据与有限元分析模型相集成的导轨结合部动力学参数的优化识别方法。该方法以试验所得各阶模态频率与阻尼比为优化目标,在Matlab与Ansys的集成环境下建立优化任务,采用基于Armijo搜索准则的拟牛顿BFGS算法对结合部动力学参数优化计算。导轨结合部动力学参数优化识别结果表明,所提出优化识别算法的收敛性好、精度能满足工程应用需要。     

基于模态联合仿真寻优法的机床刀具结合部参数辨识方法

为保证机床加工时的切削稳定性,获得准确的稳定性叶瓣图（切削速度-切削深度关系图）,需要得到机床刀具刀尖点的频率响应函数（FRF）。刀尖在加工时处于旋转状态,无法通过粘贴式传感器直接获取其频率响应函数。针对这一问题,提出了通过准确辨识刀柄结合部间动力学参数来预测刀尖频响。为实现刀柄结合部的动态参数识别,提出了基于模态分析理论的联合仿真寻优法的辨识方法。该方法通过均布弹簧-阻尼单元模拟结合部接触特性,以模态实验测得前2阶模态固有频率及其对应的振幅为目标约束,以结合部间的刚度和阻尼为变量进行有限元分析,采用最小二乘法构建二者的多目标优化函数,并在MATLAB-ANSYS集成环境下建立非线性规划函数寻优任务实现结合部动力学参数的辨识。为了提高辨识效率减少调用有限元分析的次数,采用了样本点构造的方法;为了避免因采样点选取不合理而造成计算量增加,采用了采样区间归一化的处理方式。最后,将优化识别结果通过弹簧单元指令代入有限元模型进行谐响应分析来预测刀尖FRF,对比有限元仿真与模态试验对应测点的频响数据。结果表明,二者的频率响应函数曲线拟合度较高,且前2阶的固有频率误差分别仅为0和0.04%。验证了该方法的可行性,为进一步获得稳定叶瓣图提供支持。     

基于子结构综合法的螺栓结合部切向动刚度优化辨识

针对基于频响函数辨识螺栓结合部等效动力学参数时出现的由于噪声信号等引起的不适定问题,提出优化辨识方法,以获取准确的等效动力学参数。忽略结合部非线性特性及耦合效应,将螺栓结合部等效为弹簧阻尼单元,利用子结构综合法建立螺栓结合部切向动刚度辨识方程式。通过LMS噪声、振动测试系统对试件进行激振实验,获取辨识所需频响函数。根据同时获得的相干函数对频响函数进行筛选,以消除噪声信号对辨识精度的影响,基于最小二乘的思想优化辨识出螺栓结合部切向动刚度。最后将辨识结果代入有限元模型中进行谐响应分析,通过实测频响函数与仿真频响函对比分析,结果表明本文所提螺栓结合部切向动刚度优化辨识方法具有较好的辨识效果。     

基于响应面法的机床螺栓结合部刚度辨识与动力学建模

为了研究结合部刚度参数间的耦合关系对机床结合部动态性能的影响,基于响应面函数的选型建立了广义模态固有频率与结合部动刚度耦合和非耦合的函数模型。响应面函数辨识法以结合部模态固有频率这一关键动力学性能为指标,研究了结合部动态特性与结合部刚度参数的数学关系。基于结合部单、双对节点有限元建模方式,结合中心复合实验设计方案和响应面方法理论,分别对两种建模方式建立响应面函数辨识模型。以响应函数模型的响应值与实验测得值的最小二乘法为优化目标,结合非线性规划与遗传算法实现结合部刚度参数的辨识。其中通过响应面函数二次多项式的选型显现多对节点间的刚度耦合关系,揭示了参数间的耦合关系对结合部动力学的影响。为验证此理论和方法的可靠性,以一螺栓结合部为研究对象,制定有限元动力学仿真分析的实验设计方案和采集了刚度组合点,并计算每一组采样点的前11阶模态固有频率。以有限元分析的数据为基础,建立反映螺栓结合部刚度间耦合关系的2次多项式响应面函数,并通过计算响应面模型质量评价指标验证了该模型的有效性。对比分析多刚度耦合、不耦合和单刚度的有限元模型预测精度,结果显示,多刚度耦合的有限元模型在固有频率、振型方面均具有较好预测效果,前11阶模态固有频率平均误差仅为1.6%,论证了考虑刚度间耦合关系的必要性和方法的可行性。     

提高液体静压导轨承载能力的方法研究

液体静压导轨的承载能力和油膜刚度是衡量导轨工作性能的两个重要的技术指标。为满足高精密数控设备对静压导轨工作特性的要求,基于液体压力损失理论,本文为液体静压导轨设计了一种新型封油面,并仿真分析了新型封油面的结构参数对油腔压力的影响。仿真结果表明,由于在静压导轨的封油面上开设了结构参数合理的油槽,有效提高了液体静压导轨油腔压力,进而提高了液体静压导轨的承载能力和刚度。仿真结果证明了论文所设计的新型静压导轨较传统的静压导轨具有较好的承载能力和刚度。     

卷曲折叠充气管展开过程的数值分析及实验研究

采用基于能量函数的弹簧-质点模型,对卷曲折叠充气管的充气展开弯矩进行推导,考虑在充气管展开过程中薄膜自接触以及充气管中加劲钢卷尺产生的弯矩.通过Fortran语言编程对卷曲折叠充气管的充气展开过程进行数值模拟,并与利用气浮导轨消除重力,对同样条件的卷曲折叠充气管在不同时刻的展开速率的测试结果进行对比.数值分析与实验结果吻合良好,说明弹簧-质点模型方法能够很好地模拟卷曲折叠充气管的展开过程和动力性能.与传统的有限元方法相比,弹簧-质点模型方法的优点是建模简单,能够有效分析复杂充气结构的展开.研究不同充气速率对充气管的展开动力性能的影响,分析表明,充气速率增大,同一时刻的展开速率明显增大.     

机床滑动导轨副加速磨损退化试验建模与分析

为了分析机床滑动导轨副加速退化试验中的磨损机理,建立了滑动导轨副在实际工况下的受力变形模型并计算得到导轨接触面间的接触力.设计了加速磨损退化试验,并基于Archard模型建立了机床滑动导轨副实际工况下磨损计算模型,主要建立了床身导轨接触面磨损模型.基于理论模型,采用加大滑动导轨负载力水平的方法,对加速磨损退化试验中的滑动导轨床身导轨接触面的磨损量和磨损曲线进行预测.结果表明:该模型可较好地指导实际的加速磨损退化试验参数设计和根据高负载下试验获得的床身导轨磨损量预测工作负载下的磨损.     

基于螺栓结合的数控车削中心主轴箱静刚度研究

机床静刚度是机床的重要性能指标之一,机床刚度的评价和预测对机床结构设计和加工精度提高有重要意义。数控机床各部件之间存在大量的结合部,结合部的变形占机床总的静变形的85%,在进行机床静刚度分析时,结合部的设置对分析结果的准确性有很大影响。主轴箱与床身导轨之间存在大量的螺栓结合部,基于螺栓结合部利用有限元分析技术,对数控车削中心的主轴箱进行了静力学分析。同时采用一种可靠的检测方法,对此进行了静刚度检测实验。通过分析结果与实验结果的对比,验证了基于螺栓结合部的有限元仿真计算与分析结果的准确性以及分析方法和过程的有效性,为机床主轴箱的刚度预测、评价以及主轴箱的结构改进提供了分析及实验数据依据。     

基于Ansys Workbench数控机床导轨的模态分析

为提高高速高精密数控机床的加工精度,本文采用动力学模态分析原理,对机床加工过程中的重要部件——直线导轨-滑块机构进行研究。通过SolidWorks软件建立直线导轨有限元三维几何模型,并运行Ansys Workbench软件进行网格划分及受力分析,提取模型的前6阶固有频率和模态振型,对比分析了模型的动力学性能。分析结果表明,前6阶振型中变形主要发生在导轨上,因为长导轨的结构性质导致结构刚度较小,导轨滑块机构的变形量较大,因此需调整导轨的厚度或导轨两端的预紧力,以降低变形量来满足机床的加工制造要求。该研究为数控机床的性能优化提供了理论依据。     

带竖缝砌体填充墙框架结构的非线性有限元分析

采用ABAQUS软件中非线性分析常用实体单元C3D8R模拟混凝土框架和砌体填充墙,杆单元T3D2模拟钢筋,弹簧单元SPRINGA模拟框架和填充墙体的连接,弹簧单元SPRING1模拟填充墙与地面的连接,建立了带竖缝砌体填充墙框架结构的有限元非线性分析模型.对1榀裸框架结构模型和3榀带竖缝砌体填充墙框架结构模型的性能进行了非线性有限元分析,并与试验结果进行了比较.分析表明,理论值与试验值符合较好,说明所建立的有限元分析模型可以较好地模拟带竖缝砌体填充墙框架结构的性能,为进一步分析这种结构的性能提供基础.     

具有杆间扭转约束的轴心压杆稳定性研究

针对具有杆间扭转约束的轴心压杆稳定性问题，进行理论推导.简化工程模型为理论模型，求解两端固定压杆的稳定承载力，提出稳定承载力与杆间扭转弹簧刚度的关系公式.以理论模型为基础，用横梁代替扭转弹簧，使用杆间横梁支撑压杆进行失稳试验，调整横梁截面以改变横梁抗扭刚度.进行6组不同抗扭刚度下的杆件稳定承载力试验，试验结果验证了理论解的正确性.建立有限元模型，依据试验结果对模型可靠性进行验证，基于经过验证的有限元模型进行12种工况下的算例分析，并与理论曲线比较.试验和有限元结果验证了理论解的正确性，提出了可供工程设计使用的计算公式.     

液体静压转台系统动力学分析及参数影响

为了控制液体静压转台系统的振动,将液体静压转台系统承载力进行了泰勒展开,从而将非线性油膜力等效简化为弹簧阻尼器系统,建立了液体静压转台系统的有限元模型,并对系统进行模态分析和谐响应分析,研究了油腔几何参数对系统动力学特性的影响,探讨了油腔数目、材料弹性模量、等效油膜刚度及等效油膜阻尼等参数对系统动位移的影响.结果表明:随着油腔外半径、初始油膜厚度和油腔深度的增大,系统的固有频率值将减小;封油边宽度增大,系统固有频率则增大.根据油腔布局的不同可以看到:4油腔系统的动位移最小,16油腔系统的动位移最大,系统在低频范围的动位移比高频范围大.材料弹性模量、等效油膜刚度和等效油膜阻尼对动位移有显著影响.该研究为液体静压转台系统的动态设计和提高转台的加工精度提供了参考依据.     

TL3400矿用自卸车平衡悬架有限元分析

针对TL3400矿用自卸车平衡悬架在使用中存在的问题,利用有限元软件Ansys/LS-dyna建立了悬架有限元模型;在不同载荷和不同板簧宽度条件下,对平衡悬架进行了有限元分析。在建立实验模型之后,进行实验比较。结果表明,适当增加钢板弹簧宽度,可以有效降低结构位移量,为消除故障提供依据。     

考虑二次受力影响的CFRP加固轴压圆管柱有限元分析

用有限元分析软件ANSYS建立有效的"壳—弹簧—壳"的模型,分别模拟5根相同截面、相同长细比、沿柱纵向粘贴不同层数CFRP布的圆管长柱,建立的有限元模型与试验结果进行对比验证了有限元模型的有效性。分析二次受力时的加固后极限承载力,并得出考虑二次受力作用下CFRP加固的空心圆管细长柱的轴压性能与不考虑二次受力时的差异,并据此提出相应的加固施工建议。     

基于ANSYS的简支梁桥柔性墩纵向力分配研究

在刚度耦合模型的基础上,采用大型有限元分析软件ANSYS建立三维实体有限元模型,对连续桥面简支梁桥柔性墩纵向力分配进行仿真分析,通过有限元模拟值与采用刚度耦合模型得到的计算值对比分析表明,刚度耦合模型计算墩顶水平力是合理的,结果是可靠的.采用节点耦合的方式模拟板式橡胶支座,采用弹簧-阻尼单元模拟滑板支座是可行的.     

机床整机结构边界元静态解析方法研究

通过边界元法（BEM）和结合部理论,将机床整机结构用梁单元和弹簧单元来等效,并利用机床的设计图纸信息,建立机床的整机静力学模型,同时还可以预测机床整机的静态性能,为结构修改提供依据,研究结果表明：用边界元法进行解析计算,所得结果与实验值基本接近,提高了解析计算效率和计算精度。     

深海双层管道温度效应分析

为了验证有限元计算结果精确性,为深海双层管道系统的有限元计算提供有效方法,本文利用ITT单元以及非线性弹簧单元来建立双层管道模型,与解析解结果进行对比。利用建立的有限元模型,对双层管道进行不均匀温度场的参数化分析,给出不同温度场工况下管道系统的轴向效应分布情况,并将分析对象设定为长度不同的2种管道体系,分别对管道系统的锚固段变化趋势和锚固点移动进行分析,得到切合实际情况的计算结果。研究表明:引入ITT单元和非线性弹簧单元建立的双层管道模型对模拟双层管道不均匀温度效应研究具有更好的精确性,证实了在不均匀温度场作用下,双层管道内外管通过对中环保持了变形的协同性。     

大跨越输电塔在线路断线作用下的动力响应

基于有限元程序ANSYS/LS-DYNA,分别建立以等效弹簧代替塔对线路作用的导线、地线模型和以等效弹簧代替线路对输电塔作用的直线塔模型.利用显式积分法对导线和地线的断线进行动力有限元仿真分析,并将悬垂点的纵线向支座动反力施加在直线塔上,分析导线、地线断线对直线塔的动力作用.该方法既考虑了塔和线的耦联作用,又避免了,建立复杂的塔-线体系模型.研究表明,地线断线对输电塔的冲击作用较小,导线断线对输电塔的冲击作用较大.