機械結構固定結合部虛擬材料的動力學建模.pdf

1、隨著數(shù)控機床向高精化、高速化、智能化的方向發(fā)展，人們對數(shù)控機床的性能指標尤其是動態(tài)特性性能指標的要求越來越高。對高端數(shù)控機床而言，動態(tài)特性是整機性能的關鍵，因此機床動力學性能已成為當今新的研究熱點。然而，有資料表明整機結構中60～80％的總動剛度、90％的總阻尼都來自結合部。顯然，機床結合部的動力學特性顯著影響整機結構的動力學行為。長期以來人們從理論和實驗上對此進行了大量的研究。結合部動力學建模是研究結合部動力學特性的重要手段。由于數(shù)控

2、機床的結合部類型以及描述結合部模型參數(shù)的多樣性，目前結合部的模型不能滿足高端要求以及尚沒有參數(shù)化模型，因此急需一種高精度的參數(shù)化建模方法。本文工作如下
　　第一，提出一種基于虛擬材料的機床固定結合部動力學參數(shù)化建模法，即將固定結合部看成一種等截面的虛擬材料，從而將固定結合部等效為虛擬材料與兩結合表面零件的固定連接，以工程數(shù)據(jù)(結合面積、結合力、結合面粗糙度、結合零件的彈性模量和泊松比等)為參數(shù)建立固定結合部動力學解析模型，解決了動

3、力學模型工程實用性問題。
　　第二，建立了虛擬材料彈性模量、切變模量、泊松比、密度的解析解模型，應用赫茲接觸理論和分形理論，分析了固定結合部法向和切向特性的相互影響，在此基礎上利用商用有限元軟件，開發(fā)了基于虛擬材料的參數(shù)化固定結合部動力學模式嵌入方法，從而為機床機械結構整機的高精度動力學建模工程化應用提供了一種新方法。
　　第三，研究了基于表面粗糙度(Ra)估計分形維數(shù)和分形粗糙度參數(shù)的方法。推導表面輪廓的結構函數(shù)，給出確定

4、分形維數(shù)和分形粗糙度參數(shù)的實驗方法。給出分形維數(shù)、分形粗糙度參數(shù)與表面粗糙度之間的近似換算式。實驗結果表明：分形維數(shù)和分形粗糙度參數(shù)與取樣長度無關，分形維數(shù)隨表面粗糙度減小而增加，分形粗糙度參數(shù)隨表面粗糙度減小而減小。
　　最后，對虛擬材料的理論解進行有效性驗證。以4類零件結合部為研究對象，以測試試件的實驗結果為基準，對一系列試驗試件的理論模態(tài)與實驗模態(tài)(考慮模態(tài)保證準則)進行比較，即相似振型定性比較、相應的固有頻率定量比較。理論