滚动直线导轨固有特性分析

为分析滚动直线导轨固有频率与滚珠切向接触刚度影响因素的关系,在建立综合考虑切向与法向接触刚度的滚珠接触力学模型的基础上,采用拉格朗日方程完成对整个导轨动力学解析建模,推导出各振型的固有频率解析表达式.基于某系列导轨的固有频率数值计算,对比分析了有无切向接触刚度对整个导轨固有频率的影响,并进一步分析了预紧力和摩擦系数等切向刚度影响因素对整个导轨固有频率的影响.分析结果表明:考虑切向接触刚度的滚动直线导轨比未考虑切向接触刚度的固有频率稍高;5个固有频率均随预紧力的增加呈非线性增加;摩擦系数对低频侧翻振动影响最大,对偏航振动影响最小.     

应用改进分形理论及连续变形理论的机械结合面切向刚度建模

针对现有分形理论在建立切向刚度模型时未考虑微凸体变形的连续性以及未考虑结合面在即将发生切向滑移之前静摩擦力导致实际接触面积增大的问题,提出了应用改进分形理论及连续变形理论的切向刚度建模方法。该方法以微凸体连续变形理论为基础,应用改进分形理论分析静摩擦力与实际接触面积之间的关系,并利用赫兹接触理论推导了结合面法向接触载荷;随后,根据切向刚度的产生机理,推导了包含弹塑性过渡阶段的切向接触载荷,结合所推导的法向、切向接触载荷从而建立了结合面切向刚度模型。为验证该方法的合理性,首先建立栓接结合部的有限元模型,利用超景深三维显微系统VHX-5000获取结合面的轮廓数据,经过功率谱密度法获取结合面的分形参数,通过虚拟材料将该方法以及对比方法计算的刚度输入有限元模型中进行仿真,得到栓接结合部在不同扭紧力矩下的前三阶固有频率及振型;随后搭建包含栓接结合部的实验装置,通过锤击实验也获取该装置在不同扭紧力矩的前三阶固有频率及振型。在相同扭紧力矩下的前三阶固有频率对比实验和仿真结果表明:该方法的仿真与实验结果之间最大相对误差为3.84%,相比于田红亮的方法降低了54.45%,说明该方法能够更加准确地预测结合面动态特性。     

机床支承件螺栓连接布局设计方法研究

针对机床支承件螺栓连接布局设计缺乏相关技术理论支撑的问题,提出了考虑压力分布耦合作用的螺栓连接布局优化设计方法。该方法基于高斯函数,通过数据拟合方法对单螺栓连接结合面压力分布进行数学表征,引入单螺栓极限作用半径的概念,表征单螺栓连接结合面压力分布区域的大小,研究单螺栓极限作用半径的确定方法,并通过分析螺栓间压力分布的耦合作用对其进行修正,以修正后的极限作用半径为依据,建立机床支承件螺栓连接布局优化设计方法。构建机床典型支承件微缩模型,通过有限元分析和试验的方法验证模型的可行性,依据此模型在动刚度和静刚度两方面校验螺栓布局设计方法。研究结果表明,该设计方法使机床动刚度一阶固有频率最大提高了13.86%,静刚度最大提高了18.16%,有效改善了机床整体的动静特性,将为机床支承件螺栓连接布局设计提供基础理论与技术支持。     

轴承结合部动态参数识别与等效分析模型的研究

针对轴承结合部有限元分析模型参数难以确定的问题,提出了基于模态实验数据的建模方法,分析了球轴承接触变形的特点.利用拉格朗日力学分析原理建立了球轴承装配结构3自由度的动力学方程,依据模态实验测得的固有频率和阻尼比,采用最小二乘法解得单个钢球在接触法线方向上的刚度和阻尼,进而计算得到了轴承结合部在径向、轴向以及转角等3个方向的刚度和阻尼.采用弹簧阻尼单元模拟轴承结合部的结构动力学方程,通过与由拉格朗日力学分析原理建立的动力学模型的对比,来确定弹簧阻尼单元的数值,并建立了轴承结合部有限元分析模型.研究结果表明:在对装配结构有限元进行分析计算时,结构前3阶固有频率及振型与实验测得的振型一致,对应固有频率的相对误差在5%以内.     

滚动直线导轨副可动结合部动力学建模

将滚动直线导轨副可动结合部视为一个独立无质量的八结点六面体单元,且每个结点之间相互耦合,在此基础上利用刚度影响系数法建立其动力学模型.采用实验模态分析与有限元分析相结合手段,通过非线性最小二乘法的优化方法对动力学参数进行了识别.利用振型相似进行固有频率的比较和分析,计算结果与模态试验结果符合,验证了模型的有效性,为数控机床整机动力学精确建模提供了理论基础.     

螺栓结合部静态迟滞行为分析及刚度和阻尼辨识

获得螺栓结合部的静态迟滞行为并开展刚度、阻尼辨识,对于螺栓结合部设计以及装配工艺制定十分重要.利用三维有限元模型预测螺栓结合部迟滞特性,并给出了螺栓联接接触参数的设置方法.针对获得的迟滞曲线,采用最小二乘多项式拟合推导确定了结合部刚度及阻尼参数的辨识公式.以一个简单的螺栓搭接梁为对象进行了实例研究,试验证明了该搭接梁有限元模型及获得的迟滞曲线的合理性,利用获得的迟滞曲线辨识了该螺栓结合部的时变刚度、平均刚度和损耗因子等参数.研究表明:随着预紧力的增加,螺栓结合部的刚度增加而损耗因子(阻尼参数)减小.     

直线滚动导轨结合部动力学特性测试及参数识别

基于辨识原理,提出了导轨结合部动力学参数的试验辨识流程,包括标记测量点、频响函数测试、测试数据处理、编制辨识程序等步骤.以组装在床身上的THK导轨结合部为对象,进行了动力学特性测试.并应用Matlab编制了辨识算法,识别出导轨结合部系统法向方向的质量矩阵、刚度矩阵、黏性阻尼矩阵和结构阻尼矩阵,证明了动刚度矩阵法辨识导轨结合部动力学参数的有效性.     

考虑螺栓连接的吊挂式薄壁柱壳固有特性分析

以含螺栓连接的吊挂式薄壁柱壳为研究对象,采用商用有限元分析软件ANSYS建立了系统的全实体/梁-壳混合有限元模型.基于所建立的模型,分析讨论了自由/约束边界,法兰/吊挂处预紧力对系统固有特性的影响,并通过试验进行了对比验证.研究结果表明:本文所建立的有限元模型能较好地模拟螺栓连接处界面接触压力及其分布情况,且在保证一定精度的前提下,梁-壳混合模型较全实体模型的计算效率高;吊挂约束的存在对系统的固有频率和振型影响较大;法兰处螺栓预紧力对系统第5~8阶固有频率影响较大,而吊挂处螺栓预紧力对系统前3阶固有频率影响较大.     

根部连接刚度对旋转叶片振动特性的影响

以一个扭型、变截面旋转叶片为研究对象,基于ANSYS有限元软件,采用变厚度的壳单元建立了叶片的有限元模型,并与实体单元进行对比;通过二者的固有频率和振型来验证本建模方法的准确性.随后分析了在离心刚化、旋转软化效应和科氏力共同作用下,径向连接刚度对叶片动频特性的影响,以及在离心力和气动力共同作用下径向连接刚度对叶片幅频响应的影响.研究结果表明,较小的径向刚度会产生刚体振型,且响应主要集中在低频段;中等径向刚度会产生一些耦合振型,响应集中在高频段;大的径向刚度接近固支情况,响应幅值较前二者小.     

预应力轧机垂直方向振动研究

本文将轧机与轧件视为一个系统,建立一个8自由度振动系统作为预应力轧机垂直方向振动的理论模型;分析了轧件等效弹簧刚度变化对系统各阶固有频率和振型的影响,从而将变刚度系统简化为常刚度系统进行计算,并采用振型叠加法对轧辊、机架横梁、拉杆和地脚螺栓的动荷系数以及在各阶共振条件下轧机的动刚度等进行了理论分析与计算。文中提出的动力分析方法也适用于一般轧机。     

含螺栓联接的转子系统轴向刚度不确定性分析

转子系统中螺栓联接结构轴向联接刚度的不确定性对转子系统动力学特性具有重要影响,为此,在构建螺栓联接结构有限单元基础上,建立了转子系统整体有限元模型,采用非嵌入多项式混沌展开法分析轴向联接刚度不确定性对转子系统动力学特性的影响.结果表明:轴向联接刚度在一定范围内变化会导致临界转速及临界转速对应的稳态响应幅值偏离预期,随着轴向刚度不确定性的标准差增大,盘竖直方向稳态响应均值降低.研究结果可为螺栓联接转子的设计提供理论参考.     

基于虚拟材料的螺栓联接复合板固有特性建模

为了提高含螺栓复合材料结构的动力学分析效率,基于虚拟材料模型建立了相应的解析模型,并求解结构的固有特性.对螺栓联接复合材料板结构进行能量分析,采用拉格朗日方程创建了螺栓联接板的动力学分析模型,求解了该结构的固有频率和模态振型.利用基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)确定模型中虚拟材料的参数,以达到模型修正的目的.以螺栓联接TC500碳纤维/树脂板为对象进行了实例研究,结果表明:应用该虚拟材料模型可再现螺栓联接复合板结构的振动特性;在经过模型修正后,仿真计算获得的前6阶固有频率与实测值的最大偏差为2.83%,证明了所提建模方法的合理性.     

基于Iwan模型的螺栓非线性接触建模与参数辨识

螺栓连接在使用过程中会产生非线性现象，主要包括微观碰磨与宏观滑移等。本文主要建立了基于Iwan模型的螺栓连接结构动力学模型，并通过实验研究实现了模型的参数辨识。引入六参数Iwan模型，对力-位移方程进行数值求解，绘制Iwan模型非线性位移与非线性力关系曲线，解决了传统螺栓连接模型计算精度不高的问题。针对螺栓结构动力学模型参数辨识问题，采用万能试验机拉伸实验与振动实验平台激振试验结合，识别构建的模型参数，实现模型构建。实验结果表明随着螺栓直径的增加，宏观滑移残余刚度会随之增加。研究结果可为螺栓结构设计分析与计算提供参考。     

固定接触界面法向静弹性刚度的改进弹簧分形模型

根据赫兹接触理论推导两个微凸体之间互相作用的法向接触静弹性刚度．使用改进分形几何理论给出结合部的总法向接触静弹性条件刚度、总条件载荷的解析解．根据文献[10]的机床结合部法向变形量一压应力的经验幂律关系形式,推导界面静弹性刚度、总载荷的表达式．工程粗糙表面的算例表明,总法向刚度载荷曲线与文献[10]的实验结论基本一致．改进分形几何理论为深入研究分形和提取结合部参数提供了坚实的基础．     

螺栓连接大变形梁非线性振动特性的实验研究

柔性机械臂、大型可展开天线等机械结构的动作精度受运动过程中大变形几何非线性和连接处接触非线性的影响十分显著。以含螺栓连接结构的大变形梁作为研究对象，针对动力学建模和振动特性开展了实验研究，通过数值计算验证了实验发现的非线性振动特性。搭建了含螺栓连接柔性大变形梁的实验台架，开展了敲击和正弦激振的实验测试。实验结果表明，螺栓连接的柔性梁较连续梁的（无螺栓连接）模态频率降低，阻尼增加，反映出随着激励能量增大，模态频率降低的非线性模态特征。改变螺栓连接位置会显著影响结构的模态频率，其变化规律可由求解线性矩阵特征值定性反映。     

直线滚动导轨结合面参数对数控机床动态特性的影响

对某机床厂CKS6116卧式数控机床导轨结合面的静、动刚度与阻尼等参数特性进行了研究.首先利用静、动态特性实验得出机床的各项动态参数,然后用ANSYS有限元分析软件模拟和显示机床在考虑导轨结合面参数条件下的各阶模态下的振型和固有频率.最后对整个机床进行激振试验,验证了仿真参数的准确性.说明直线滚动导轨结合面的静、动刚度与阻尼对机床的动态特性具有很大的影响.     

预应力方套管连接胶合木梁柱节点抗弯试验

提出在胶合木结构中采用预应力方套管螺栓连接,该连接采用高强螺栓和钢套管作为连接件.通过单调加载和往复加载下的梁柱节点抗弯试验,对比了方套管节点和传统螺栓群连接节点的破坏模式、弯矩-转角曲线、滞回曲线、强度、刚度和耗能性能.结果表明,由于摩擦阶段钢管与钢板间的摩擦力确保了初始传力,套管节点的初始转动刚度显著提升,耗能能力也得到改善.     

考虑临界变形量变化的结合面法向接触刚度计算模型

考虑微凸体接触过程中临界变形量变化,建立结合面法向接触刚度计算模型.采用分形几何表征结合面的形貌特征,由表面形貌测量数据得到分形函数的分形参数D和G.采用弹塑性变形接触理论分析微凸体的接触变形特征,得到微凸体的临界变形量估计模型,其是分形参数和微凸体接触变形量的函数,进而得到考虑临界变形量变化的单个微凸体的接触刚度计算模型.由分形理论得到粗糙表面微凸体分布函数,微凸体分布函数与单个微凸体接触刚度计算模型结合得到结合面的法向接触刚度计算模型.通过对比计算结果与实验数据,验证了所提模型的合理性.