【摘要】：為提高固定結(jié)合部的建模精度以及通用性,考慮固定結(jié)合部在法向和切向的不同特性,提出利用橫觀各向同性虛擬材料等效的固定結(jié)合部動力學(xué)參數(shù)化建模方法,將固定結(jié)合部兩接觸面的微觀接觸部分等效為一種等截面的橫觀各向同性虛擬材料,等效虛擬材料與兩側(cè)零件均為固定連接�；诮佑|分形理論和固定結(jié)合部接觸剛度分形模型,根據(jù)橫觀各向同性材料彈性常數(shù)的定義,理論推導(dǎo)了等效虛擬材料彈性常數(shù)以及密度的理論計算模型。在此基礎(chǔ)上,對具有固定結(jié)合部的試驗?zāi)Ｐ瓦M行了有限元建模與模態(tài)分析,進而將理論分析模態(tài)與試驗?zāi)B(tài)進行比較,結(jié)果表明:試驗?zāi)Ｐ偷睦碚撃B(tài)與實驗?zāi)B(tài)的前6階振型完全一致,相應(yīng)固有頻率的相對誤差的絕對值在10%以內(nèi),說明了建模方法的正確有效性,為數(shù)控機床固定結(jié)合部動力學(xué)建模提供了一種新的方法,實現(xiàn)了固定結(jié)合部動力學(xué)建模與有限元分析軟件的無縫銜接集成。
【圖文】：

等效建模方法，根據(jù)橫觀各向同性材料參數(shù)的定義，應(yīng)用接觸分形理論和結(jié)合部接觸剛度分形模型，理論推導(dǎo)橫觀各向同性虛擬材料參數(shù)的理論模型，并將理論模型的解析解引入有限元軟件對試驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，將結(jié)構(gòu)的理論模態(tài)與試驗?zāi)B(tài)進行對比，驗證模型的正確可信性。該模型的特點是實現(xiàn)了固定結(jié)合部參數(shù)化建模，并且參數(shù)計算方便，通用性強，具有較高的建模精度。1固定結(jié)合部橫觀各向同性虛擬材料假設(shè)的依據(jù)機械固定結(jié)合部實際上是具有一定厚度的空間區(qū)域，是整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)固有性能的變化過渡區(qū)[9]，如圖1所示。圖1結(jié)合部示意圖研究表明，許多工程表面形貌的輪廓都具有統(tǒng)計自仿射分形特性，即在不同放大倍數(shù)下表面輪廓具有相似性[10-12]。圖2為通過掃描電子顯微鏡(Scanningelectronmicroscope,SEM)觀察到的實際粗糙表面，可以看出，實際粗糙表面具有隨機性、多尺度性和無序性[1,13]。根據(jù)工程表面的實際表面輪廓，接觸表面在接觸面內(nèi)各個方向(即切平面或切向)性能基本相同，因此可以認為粗糙表面在橫向各向同性。結(jié)合部由兩個相互接觸的粗糙表面構(gòu)成，因此結(jié)合部也可認為具有橫向各向基本同性的特征。所以，與等效為各向同性材料相比，將固定結(jié)合部等效為橫觀各向同性材料更合理，更符合固定結(jié)合部的真實特性。圖2實際粗糙表面現(xiàn)將圖1中的固定結(jié)合部等效為一種等截面的橫觀各向同性虛擬材料，如圖3所示。虛擬材料的長和寬分別為結(jié)合部的長與寬，虛擬材料與兩側(cè)零件為固定連接。虛擬材料的材料參數(shù)以及密度通過理論計算得到。圖3等效模型示意圖2固定結(jié)合部等效虛擬材料參數(shù)的計算固定結(jié)合部等效橫觀各向同性虛擬材料的性能

差,同時也存在較大困難。目前，一般采用粘彈性單元來等效固定結(jié)合部[3-5]，該方法簡單實用，已被眾多研究者所采用，但是傳統(tǒng)結(jié)合部彈簧-阻尼器模型中各彈簧-阻尼器是相互獨立的，無法模擬它們之間的相互作用，即忽略各粘彈性單元之間及粘彈性單元的坐標之間的耦合關(guān)系，而結(jié)合部的法向和切向特性是相互影響的[2,6]；同時這種結(jié)合面模型化方法不便于與現(xiàn)有的有限元軟件集成。文獻[2]提出一種基于結(jié)合面元的結(jié)合面動力學(xué)建模方法，文獻[7]提出一種機械結(jié)合部等效材料參數(shù)模型。上述兩種結(jié)合部建模方法均需要試驗測量，存在成本高以及工程應(yīng)用簡便性差等問題。文獻[8]提出基于各向同性虛擬材料的結(jié)合部等效建模方法，為結(jié)合部建模提供了一種新思路，具有重要意義，但是存在兩研究表明，許多工程表面形貌的輪廓都具有統(tǒng)計自仿射分形特性，即在不同放大倍數(shù)下表面輪廓具有相似性[10-12]。圖 2 為通過掃描電子顯微鏡(Scanning electronmicroscope, SEM)觀察到的實際粗糙表面，可以看出，實際粗糙表面具有隨機性、多尺度性和無序性[1,13]。根據(jù)工程表面的實際表面輪廓，接觸表面在接觸面內(nèi)各個方向(即切平面或切向)性能基本相同，因此可以認為粗糙表面在橫向各向同性。結(jié)合部由兩個相互接觸的粗糙表面構(gòu)成，因此結(jié)合部也可認為具有橫向各向基本同性的特征。所以，與等效為各向同性材料相比，將固定結(jié)合部等效為橫觀各向同性材料更合理，更符合固定結(jié)合部的真實特性。

roscope,SEM)觀察到的實際粗糙表面，可以看出，實際粗糙表面具有隨機性、多尺度性和無序性[1,13]。根據(jù)工程表面的實際表面輪廓，接觸表面在接觸面內(nèi)各個方向(即切平面或切向)性能基本相同，因此可以認為粗糙表面在橫向各向同性。結(jié)合部由兩個相互接觸的粗糙表面構(gòu)成，因此結(jié)合部也可認為具有橫向各向基本同性的特征。所以，與等效為各向同性材料相比，將固定結(jié)合部等效為橫觀各向同性材料更合理，更符合固定結(jié)合部的真實特性。圖2實際粗糙表面現(xiàn)將圖1中的固定結(jié)合部等效為一種等截面的橫觀各向同性虛擬材料，如圖3所示。虛擬材料的長和寬分別為結(jié)合部的長與寬，虛擬材料與兩側(cè)零件為固定連接。虛擬材料的材料參數(shù)以及密度通過理論計算得到。圖3等效模型示意圖2固定結(jié)合部等效虛擬材料參數(shù)的計算固定結(jié)合部等效橫觀各向同性虛擬材料的性能

本文編號：2773491