基于有限元方法的液体动静压主轴系统数字化分析

轴承的支撑特性与主轴系统的动态特性直接影响着磨削加工质量,液体动静压主轴系统的动态特性主要体现在轴承的支撑刚度与阻尼.首先使用流体动力学分析技术对液体动静压轴承进行不同参数下的油膜承载能力、油膜温度场分析,进而使用动网格技术对油膜支撑刚度与阻尼进行分析.然后将所得到的支撑刚度与阻尼转化为等效模型应用到主轴系统动态特性有限元分析中,对主轴系统进行动态特性分析.最后采用实验方法测量主轴系统固有频率以验证分析方法的正确性.     

静压轴承—主轴系统静态性能的研究

本文以小孔节流四油垫静压轴承—主轴系统为例,研究了供油压力、主轴转速.主轴轴线倾斜、轴承流量等对静压轴承—主轴系统性能的影响:研究了静压径向轴承的静态性能的计算方法,并通过对一台MB1520型外圆磨床静压轴承—主轴系统的分析计算,获得了一些很有价值的结论.     

毛细管节流静压油膜轴承动态特性分析

针对毛细管节流的径向和推力静压油膜轴承,在对流经轴承各油腔流量模型进行线性化处理的基础上,建立了毛细管节流的静压轴承流量连续性方程及轴承一主轴系统动力学方程,推导出毛细管节流的径向和推力静压油膜轴承的传递函数.采用MATLAB软件对毛细管节流的推力静压支承进行了仿真计算,仿真计算结果与广州机床研究所做实验的实测结果进行了详细的对比,有较好的一致性,说明所建模型和所采用方法的有效性.在实验验证的基础上,开展了主轴旋转速度对毛细管节流的推力静压轴承动态特性影响的仿真分析,同时探讨了供油压力、油膜厚度对毛细管节流的径向静压轴承动态特性的影响规律.     

气体轴承的动态特性分析及实验研究

针对气体静压主轴回转误差求解不准确的问题,提出了一种利用气膜阻尼模型预测气体轴承动态特性的计算方法,揭示了气膜阻尼影响气体轴承动态特性的内在机制。首先通过微扰动法和分离变量法对气体轴承的气膜阻尼系数建模并求解分析;然后将气膜阻尼系数引入轴承转子系统进行动力学建模,计算分析阻尼系数对气体轴承动态特性的影响;最后搭建气体轴承回转误差测量试验台,得到主轴实时回转跳动误差信号并与理论结果进行对比。实验结果表明:与未考虑气膜阻尼特性的回转跳动误差相比,考虑气膜阻尼特性计算的主轴回转跳动误差值更加接近实验测量值,考虑气膜阻尼特性使主轴跳动误差率减小了4.93%～8%。研究结果可为气体轴承动态特性的预测和精度控制提供理论参考。     

嵌入控制油腔的静压滑动轴承可控性研究

针对主动控制静压轴承转子运动的可控性和稳定性有待提高的问题,提出了一种在传统静压轴承的油腔内嵌入控制油腔的轴承结构,并采用主动单面薄膜节流器对其供油,充分利用轴承内部的二次节流,以此提高静压轴承的主动控制性能.基于雷诺润滑方程和流量守恒方程,采用有限差分法和欧拉迭代法建立了静压主轴的轴心运动计算模型,研究了不同轴承结构和进油压力下轴承的动态特性和控制特性.结果表明:当控制腔面积占比在30%,封油边宽度为5 mm时,静压轴承同时具有良好的动态特性和控制特性.通过合适的结构设计,嵌入控制油腔的轴承结构可以提高静压主轴轴心运动的可控性.      

用迭代法分析计算机床静压轴承-主轴系统的静态性能

本文参照文献[1] 的基本路线思路,构造了静压轴承--主轴系统的迭代计算方法。并联系机床中非常普遍的弹性两支承外伸轴系,以一台 MB1520型高速外圆磨床为例,考虑到该主轴系统径向轴承及推力轴承综合作用,用迭代法分析计算了该主轴部件的静态性能,一般情况下只需迭代1～3次,就可获得满意的结果。该方法计算效率高,占用计算机内存小,能在袖珍计算机上运算,为普及对机床主轴系统的静、动态特性研究及优化设计,提供了行之有效的方法。     

轴承刚度对主轴-卡盘-工件系统动态特性的影响

考虑在实际工况下,主轴系统安装上卡盘和工件后动态特性会发生变化,基于有限元法完成了主轴-卡盘-工件系统模型的建立,进行轴承刚度对主轴-卡盘-工件系统动态特性的影响研究。研究结果表明:轴承刚度对两系统动态性能的影响规律不同,前、后轴承径向刚度对主轴-卡盘-工件系统动态特性的影响较大,但两者刚度影响区间不同;前、后轴承轴向刚度对主轴-卡盘-工件系统动态特性影响较小,尤其对提高系统临界转速作用不大。     

隔热涂层对磨床主轴动静压轴承热变形的影响研究

为了减少热变形,提高高速精密磨床砂轮主轴系统的精度,将隔热涂层应用于深浅油腔动静压轴承.应用FLUENT和ANSYS两个有限元软件联合仿真分析了不同厚度与不同热导率的隔热涂层在不同的动静压轴承供油压力、主轴转速等因素下的轴承热-结构特性.结果表明:动静压轴承的温度和热变形以及它们的均布程度,都随着隔热涂层厚度的增大逐渐降低,随着隔热涂层热导率的减小而减小,随着轴承供油压力的增加而减小,随着轴承主轴转速的减小而减小;隔热涂层还具有均化轴承温度场和热变形分布的作用.高性能隔热涂层将明显降低轴承主轴热变形并且使其热变形均布,最终明显提高高速精密磨床砂轮主轴系统的加工精度.     

高速动静压轴承支承主轴系统动特性测试研究

以自行设计的高速主轴水润滑动静压轴承为基础,采用不平衡质量法识别出转子系统支撑轴承的动特性系数,通过轴承性能测试实验得到了供水压力、主轴转速等运行参数对轴承-转子系统动特性的影响.结果表明:轴承-转子系统动特性系数随系统供水压力和主轴工作转速的增加而增大;在供水压力较低时,工作转速对轴承动特性影响较小;当供水压力升高到一定程度时,工作转速对轴承的动特性产生较大影响,此项研究对轴承-转子系统结构参数的改进以及不同工况下最佳运行参数的确定具有一定的指导意义.     

附加静压支承的静压轴承随动系统静态特性的分析计算

静压技术在我国机床行业及有关机械设备中已得到越来越广泛的应用。重型机床应用静压轴承能达到精度高、寿命长、起动功率小、减少停台维修时间等良好效果,但重型机床主轴受力大、挠度大。用增加主轴直经和增大供油系统的办法来解决挠度问题是不经济的,也受一定限制。因此,在重型机床中应用液体静压轴承必须寻求其他减少主轴挠度的措施。广州机床研究所曾试验了这样一个结构:在主轴受力一端加一附加静压支承,利用主轴上两个静压轴承的受力油腔压力随载荷增加而增加的特性,通过一个随动     

移动载荷作用下非线性连接浮桥的动力响应

以非线性有限元方法为基础,考虑桥节间非线性连接的影响,建立了浮桥三维动力响应分析控制方程,并采用超单元方法对系统的运动方程进行缩减;然后用Newmark直接积分和New-ton-Raphson迭代方法求解系统的非线性运动方程,研究了移动载荷作用下非线性连接浮桥的三维非线性动力响应特性.研究表明,桥节之间连接的非线性特性和间隙的大小对于浮桥的动力响应影响很大,必须加以考虑.     

称重传感器夹具动态特性分析(修改)

针对称重传感器误差标定装置中传感器夹具发生受迫振动问题,采用基于模态叠加法的谐响应分析技术,对传感器夹具的动态特性进行了研究。基于模态、谐响应分析理论,求解得到称重传感器夹具的动态响应特性。研究结果确定了对称重传感器夹具动态性能影响最大的模态频率,并将仿真结果与模态试验数据进行了对比;经过谐响应分析得到了夹具正常工作状态下夹具材料力学性能与谐振频率之间的关系。研究结论可为称重传感器夹具的优化设计提供一定的理论参考。     

聚乙烯纤维增强复合材料的动态力学响应特性

采用一维平面应变动加载技术及拉氏分析,研究聚乙烯纤维增强复合材料（Dyneema UD66层合板）在强应力脉冲载荷作用下的动态响应特性,得到了流场中各状态参量沿时－空的分布规律,应用冲击动力学理论分析其力学响应特征,并由实验及拉氏分析结果拟合了该材料的动态本构方程,结果表明,该材料具有良好的冲击波能量吸收特性及明显的应变率相关特性。     

随机参数结构动特性的统计分析

用算子方法研究了含随机参数结构动态特性的统计性质．将结构参数的随机性看成是结构参数在其均值附近的随机扰动，通过对一般弹性结构振动固有值的Ｒａｙｌｅｉｇｈ商变分，得到了结构动特性的扰动公式，并引入结构动态灵敏度的概念，得到了结构动特性的统计公式．最后给出了应用例子．     

混凝土力学行为的降阶多尺度模拟研究

为了研究混凝土的降阶多尺度方法动态力学特性,模拟随机形状和大小的凸多面体骨料,并考虑了骨料的随机结构和位置,建立了混凝土三维细观仿真模型,通过单轴静态压缩仿真对模型进行了验证.根据细观尺度下混凝土的实际结构,对动态SHPB冲击载荷作用下的混凝土进行仿真模拟,得到了不同入射速度下的实验数据.结果表明,仿真结果与实验结果吻合较好,多尺度方法可以将细观尺度特征和宏观尺度动态力学行为联系在一起,验证了多尺度方法的有效性,在混凝土各相力学性能方面,降阶均匀化方法相比细观尺度模型提高了计算效率.     

高速列车系统振动响应随运行速度的变化特征分析

运行速度不断提升是当今高速列车发展的趋势,而车辆系统振动响应随运行速度的变化特征可作为衡量列车设计性能好坏的指标。本文采用多体动力学软件和有限元方法相结合,建立刚柔耦合的列车动力学模型,其中轨道不平顺激励中的动态不平顺部分采用实车实测数据标定。通过仿真,获得车辆系统在0-50Hz频率范围内的振动响应随运行速度的变化特征。结果表明,随着运行速度的提高,车辆系统振动响应与平稳性指标呈现非单调的增长趋势。受轨道板长度为周期的动态不平顺激励影响,车辆在低速存在不利运行速度区域。     

基于交叉验证法探究砾岩储集层特征及对化学驱油剂损耗的影响

以克拉玛依油田七东1区克下组砾岩储集层为研究对象,通过X射线衍射、薄片鉴定、孔渗分析等实验,系统开展储集层纵向岩石学特征、孔隙结构特征及宏观物性变化的研究。结合驱油剂动态损耗实验,采用基于交叉验证的逐步回归法,探究储集层特征对驱油剂损耗规律的影响;并应用Petrel建模计算油藏范围内驱油剂损耗量。结果表明:研究区储集层矿物成分成熟度低,结构成熟度低,储集层呈现中-低孔隙度,渗透率纵向变化大,非均质性显著;驱油剂动态损耗量受储集层特征控制,与储集层渗透率、孔隙度、黏土矿物含量等地质特征有较好的相关关系;应用Petrel建模可以实现快速、准确、可视化的油藏范围内驱油剂损耗量计算。在地质条件复杂、驱油剂损耗机理未完全探究清楚的情况下,通过逐步回归法直接从数据中建立模型;并用交叉验证法对模型进行筛选和优化,是驱油剂损耗量计算领域的一个创新应用。     

级配选择对沥青混合料动态模量影响评估

利用基于幂指数模型回归斜率的级配因子对13种(粗细级配)Superpave级配混合料进行分析,并分析评估与40℃动态模量│E4*0│的关系,给出基于级配因子的混合料动态模量│E4*0│的优化原则,揭示了获得理想混合料特性所相关的混合料级配的内在特征.     

压缩机性能测试的预测补偿智能控制新算法

制冷系统是多变量耦合的复杂系统，动态过程中具有时变性、非线性、随机性以及大滞后性，精确建立整个系统的动态模型相当困难，这给压缩机性能测试中系统快速有效地自动达到稳定工况的控制带来了问题．为此作者提出了具有预测补偿机制的智能PID控制新算法，该算法的特点为：直接从控制过程的动态特征出发进行智能推理和控制决策，避免建立精确数学模型的难度，并针对制冷系统的大惯性和纯滞后的特性加入纯滞后补偿机制．该方法在实现压缩机性能全自动测试的实际应用中取得理想的效果．     

裂纹扩展对结构动态特性影响的数值仿真与实验研究

以某钢铁公司钢包回转台大臂的疲劳裂纹扩展为背景,用数值仿真与几何相似模型实验相结合的方法对钢包回转台大臂的动态特性进行了研究,旨在根据结构动态特性的变化对结构的故障状况进行预测,通过数值仿真建立结构动态特性变化随结构裂纹扩展之间的数值关系·本方法既可简化研究过程,又可获得较好效果·研究结果表明钢包回转台大臂的各阶固有频率都随裂纹的扩展而减小,对小裂纹不敏感