基于响应耦合方法的铣刀刀尖点频响函数预测

为了获取不同刀具-刀柄组合对应的刀尖点频响函数,采用子结构响应耦合方法预测刀尖点频响函数.在该方法中,子结构之间结合部的建模和参数辨识是须要着重考虑的问题.以均匀分布的弹簧、阻尼模拟刀具-刀柄结合部之间的柔性联接,采用实验和仿真相结合的方法辨识刀具-刀柄结合部的刚度和阻尼系数.根据子结构响应耦合方法,采用刀具-刀柄结合部之间均匀分布的弹簧、阻尼模型,可预测不同夹持长度的刀具-刀柄组合的铣刀刀尖点频响函数.预测结果与实测结果比较相符,证明了本方法的有效性和正确性.     

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.     

机床支撑地脚结合部参数辨识方法

支撑地脚动态特性直接影响机床整机的动态特性,对地脚结合部进行参数辨识可以更准确地建立机床整机动力学模型。该文提出一种地脚结合部等效刚度和阻尼的辨识方法。将某床身试验台的地脚结合部等效为3向弹簧阻尼系统进行动力学建模,通过模态试验得到床身的模态频率与阻尼比,由此辨识出地脚结合部的等效刚度和阻尼。然而,该方法无法直接对任意支撑状态下的地脚等效参数进行辨识。针对这一问题,该文先对均匀质量床身对称支撑状态下的地脚结合部进行参数辨识,然后改变地脚所受正压力的大小,重复参数辨识过程,得出结合部参数与正压力的关系,用于计算任意承重状态下的地脚结合部参数。参数辨识结果表明,地脚结合部等效刚度和阻尼均随着正压力的增大而增大。通过有限元仿真对参数辨识结果进行了验证,考虑地脚参数的有限元模型仿真结果与试验结果一致。     

高速电主轴力-热耦合特性建模

针对高速电主轴工作在力热耦合状态下,结合部刚度、阻尼、热阻等物理参数确定及结合部的精确计算困难等问题,采用分形接触理论和赫兹接触理论,研究了高速电主轴固定结合部和可动结合部的力-热耦合特性,建立了高速电主轴结构界面的物理表征方法.在此基础上,提出了一种考虑结合部特性的高速电主轴力-热耦合建模及其数值方法,并结合机床高速电主轴实验测试,验证了该方法的有效性.     

高转速下主轴-刀柄结合部接触刚度分析

提出一种宏微观相结合的方法建立高转速下主轴-刀柄系统结合部接触刚度模型.宏观上假设主轴-刀柄结合面为理想圆锥面,通过有限元方法获得不同转速下锥形表面的接触压强分布;微观上假设接触表面由微凸体构成,并基于接触压强采用考虑域拓展因子影响的三维分形模型计算锥形结合部的接触刚度.以BT40刀柄为研究对象,其无转速工况下主轴-刀柄系统理论预测与实验频响函数一致性较好,在此基础上分析转速及拉刀力对结合部刚度影响规律,确定了转速极限值为1.5×10~4 r/min,拉刀力合理取值范围为[8,12]kN,研究结果为主轴-刀柄系统的结构优化及应用提供理论基础.     

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.     

数控机床主轴刀柄锥配合结合部动力学建模

在分析现有主轴刀柄动力学建模方法缺点的基础上,根据刚度影响因子的概念,建立了锥配合结合部动力学模型,并利用结构动力学矩阵与频率响应函数矩阵互逆的特性,识别出结合部的动力学模型参数.实验表明:计算出的模型固有频率与模态实验得到的值的相对误差在10%左右,验证了所建模型的有效性.     

HSK刀柄临界使用转速计算模型

为充分发挥空心短锥(hollow short taper, HSK)刀柄在高速切削中的应用潜能,分析了HSK刀柄在高速旋转过程中的失效形式,提出了在材料强度和夹紧力两方面的失效准则,综合考虑刀柄尺寸、过盈量、材料特性、离心力、拉杆拉力、切削力等因素的影响,基于弹塑性理论建立了HSK刀柄临界使用转速的理论计算模型.研究表明: 理论计算结果与有限元分析结果具有较好的一致性.一般情况下,夹紧力不足是夹紧系统高速旋转失效的主要原因.临界转速计算模型的建立,可以提高高速旋转刀具夹紧的安全性,并为充分发挥HSK刀柄的高速潜能提供重要的技术依据.     

滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别

针对滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别问题,提出在装配状态下辨识滚动结合部参数的新方法.首先,将左、右轴承副和丝杠螺母副简化为集中弹簧-阻尼单元,滚珠丝杠简化为弹性杆件,建立简谐激振力作用下系统的轴向刚度和阻尼参数辨识方程组.然后,根据激振力幅值、频率、各支撑点之间的距离和测量处的振幅等参数建立优化目标函数,采用粒子群遗传混合算法识别出轴向动态特性参数.研究结果表明,进给系统刚度和阻尼参数的辨识误差在2.56%以内,从而验证了该方法的正确性和有效性.     

基于实测数据的单自由度行人生物力学模型

为研究低频轻质梁板结构上行人-结构的相互作用,将人体等效为一个具有移动质量-阻尼-刚度(MMCK)的单自由度生物动力学力学模型,并依此建立其动力方程.首先,基于实测的大量数据采用最小二乘法求解耦合系统等效的非线性方程组得到生物力学模型中的质量、阻尼、刚度等输出参数.然后,通过统计分析其分布规律,对三个输出参数进行二次交叉乘积项拟合得到各参数与行人步频以及行人质量的回归关系式公式,建立单自由度生物力学模型.对回归的参数表达式与试验求解的参数进行对比分析,验证了该回归参数模型的合理性.     

加工中心主轴系统两点结合RCSA逆算法

研究了加工中心主轴系统动力学特性理论预测方法,采用导纳综合子结构法对加工系统进行动力学建模.在动力学模型中,刀具和刀柄在2个单点结合,每个点具有一个横向位移自由度.两点结合的动力学模型无须考虑节点的转角自由度,因此简单可行.在求解方法上采用RCSA逆算法求解刀柄末端位移导纳矩阵,解决了刀柄结构复杂不易建模的难题和空间位移导纳有限不易测试的问题.然后进行算例研究,对长度为245,147和168 mm的刀具与相同刀柄耦合进行验证.结果表明,该RCSA逆算法能够准确求出刀柄位移导纳矩阵,并可根据刀柄位移导纳准确获得不同长度刀具安装进刀柄的复杂耦合情况下刀具末端的位移导纳.     

机床结合部耦合动刚度的辨识与建模

针对结合部动力学中耦合动刚度的辨识与建模问题,通过频响矩阵建立了结合部动力学理论模型,基于力学平衡条件与位移兼容条件推导了动刚度辨识公式.辨识过程中将难测频响矩阵作为中间变量,避免了估算难测频响所引入的方程误差,构建了包含辨识关系的矛盾方程.通过广义逆矩阵对动刚度进行等效处理,讨论了刚度信息之间的耦合关系,提出了结合部耦合动刚度的建模方法,建立了刚度信息不同程度耦合的动力学模型.最后,基于LMS试验平台进行了现场试验,获得了良好的试验效果,证明了该方法的可行性.对比分析了不同动力学模型的预测效果,结果表明:结合部动刚度耦合关系对动力学模型的低频预测性能影响显著,动力学建模时考虑刚度信息的耦合关系是必要的.     

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.     

MEMS反射镜建模及其控制实验研究

从经典二阶振荡系统的传递函数入手,根据MEMS反射镜的开环瞬态响应实验,对模型的参数进行辨识,考察了模型在静态状况下静电力和弹簧扭矩的关系.推导了阻尼系数和实验曲线之间的关系.这个关系对阻尼系数的辨识不需要考察微镜的尺寸和空气压力,从而可以减轻计算量并且保证了精度.最后,通过仿真和实验结果来验证参数辨识的正确性.在实验和仿真结果中,系统的超调量被大幅度减小,稳定时间可以控制在7 ms以内,验证了模型参数辨识的正确性.     

基于滑动单元的高速磁浮列车-轨道梁耦合系统的动力相互作用分析

基于一种滑动单元,使用弹簧阻尼磁浮力模型,推导了适用于高速磁浮列车-轨道梁系统的滑动单元的刚度矩阵.在有限元OpenSees软件平台上建立了二维平面内高速磁浮列车-轨道梁耦合系统的有限元模型.以TR08磁浮列车和上海Emsland磁浮轨道梁为例,进行建模计算,得到了磁浮列车与桥梁的动力响应及其振动规律.通过与文献中的结果进行对比,验证了模型结果的可靠性,改进后的滑动单元可用来研究高速磁浮列车-轨道梁耦合系统的车桥耦合动力问题.     

基于响应曲面法的新型阻尼器特性分析

结合液体阻尼器的优点与柔性机械手的自身特点设计一种新型阻尼器。针对阻尼器的流固耦合模型分析困难的问题,引入一种数值方法来处理流固耦合模型的新思路。首先利用有限元法建立阻尼器模型。采用DOE试验法得到阻尼器各参数对液体附加刚度和阻尼的灵敏度。然后利用响应曲面法得到油膜厚度和黏度与阻尼的响应曲面并进行分析,同时对其拟合精度进行验证。结果显示出响应曲面法的有效性。最后,通过算例分析验证阻尼器的有效性,并进一步验证上面得出结论的正确性。     

基于非参数化与有限元的主轴刀柄结合面非线性参数识别

视主轴-刀柄结合面的双面接触部为一个可以用系统状态变量描述的非线性单元,基于非参数化方法结合有限元分析技术对主轴-刀柄结合面的非线性动态特征参数进行了识别.在HyperMesh中建立主轴-刀柄系统的有限元分析模型,利用Radioss求解器对该模型进行非线性瞬态响应分析,得到结合面处位移、速度、加速度的瞬态响应,再根据牛顿第二运动定律推导得出结合面处非线性接触力的时间历程数据,基于最小二乘法采用切比雪夫多项式对样本数据进行回归分析,得到主轴-刀柄结合面之间非线性接触力的解析表达模型,并验证了该模型的正确性.     

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.     

采用ARMAX模型的精磨非线性振动系统辨识

基于外源自回归滑动平均模型(ARMAX),提出改进的动态偏心精密磨削非线性振动系统的二阶振动微分方程解耦算法,获得其传递函数系统模态参数,主要包括模态刚度、模态质量和模态阻尼等的辨识.结合模态辨识理论,优化复模态振型的振动系统传递函数矩阵模态参数的模态留数或模态参数形式辨识算法,并进行相应实验验证.验证结果表明:该复模态振型振动系统解耦算法实现重构传递函数曲线低频区域局部振动特征,计算精度较高,有效应用于精密加工过程非线性振动的预估和控制.     

激光切割机横梁的模态特性分析

采用ANSYS软件对激光切割机横梁的模态特性进行有限元分析.在有限元模型中引入COMBIN14单元来模拟结合部的刚度和阻尼,重点分析横梁的前8阶同有频率和振型特征.对横梁进行模态测试,验证有限元模型的准确性.最后分析材质、筋板布局、板厚等因素对横梁动态性能的影响,优化横梁结构.