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基于虚拟材料层的滑动结合部动态特性建模方法

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机械设计与制造 2014年第2期 222-224,228页

作者：杨尧袁军堂汪振华杨飚南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

由于弹簧阻尼单元模拟结合部动态特性的方法存在的缺陷,提出采用虚拟材料层和多点约束技术对滑动导轨系统建立有限元模型,并在ANSYS中完成模态分析。通过分析虚拟材料层的材料属性参数(弹性模量、泊松比、密度)和结构参数(虚拟材料层厚... 详细信息

由于弹簧阻尼单元模拟结合部动态特性的方法存在的缺陷,提出采用虚拟材料层和多点约束技术对滑动导轨系统建立有限元模型,并在ANSYS中完成模态分析。通过分析虚拟材料层的材料属性参数(弹性模量、泊松比、密度)和结构参数(虚拟材料层厚度)对滑动结合部动态特性的影响,得到可供工程应用的3个优化设计变量,并将优化结果与试验模态分析结果进行了比较。研究表明,有限元模态计算的固有频率与试验结果误差低于8%,为实际工程应用提供了一种可靠的建模方法。

关键词：虚拟材料层滑动结合部动态特性建模方法

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基于虚拟材料层燃机转子接触面建模方法

哈尔滨工业大学学报 2021年第1期53卷 117-123页

作者：赵润超焦映厚曲秀全张赛武祥林振动与噪声控制实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150001

为提高燃气轮机拉杆转子建模的准确性,在轮盘接触面处引入虚拟材料层对接触效应进行表征.结合数学统计模型和高斯分布函数得到接触面接触力学模型,分析了不同参数下的接触特性,基于材料力学变形本构关系导出虚拟材料层的弹性模量及泊松... 详细信息

为提高燃气轮机拉杆转子建模的准确性,在轮盘接触面处引入虚拟材料层对接触效应进行表征.结合数学统计模型和高斯分布函数得到接触面接触力学模型,分析了不同参数下的接触特性,基于材料力学变形本构关系导出虚拟材料层的弹性模量及泊松比,对接触层进行建模.动力学计算结果表明:在刚性支撑下,预紧力变化导致的接触效应对四阶临界转速的影响较为明显,转速偏差可达2.31%.引入非线性油膜力结果表明:预紧力增大导致各运动状态提前发生,实体转子与考虑预紧力接触的转子动态结果有较大分歧.虚拟材料层的引入有效地简化了考虑接触效应的燃机转子建模过程,并真实反映出轮盘接触效应对转子横振刚度的削弱作用.

关键词：虚拟材料层接触效应燃气轮机转子建模

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螺栓结合部的动力学建模及其动态特性的研究

螺栓结合部的动力学建模及其动态特性的研究

作者：周玲霞西安理工大学

学位级别：硕士

螺栓连接因拆卸方便而广泛应用于机械结构中,螺栓结合部特性对整机动态特性影响很大。由于螺栓结合部是多结合面的复杂结合部,在采用有限元软件分析和研究含螺栓的机械结构的动态特性时,无法直接建模。因此,探索一种能反映螺栓结合部特... 详细信息

螺栓连接因拆卸方便而广泛应用于机械结构中,螺栓结合部特性对整机动态特性影响很大。由于螺栓结合部是多结合面的复杂结合部,在采用有限元软件分析和研究含螺栓的机械结构的动态特性时,无法直接建模。因此,探索一种能反映螺栓结合部特性简单有效的建模方法具有重要意义,本文主要从螺栓结合部的动力学建模及其动态特性的影响因素进行分析研究。采用ANSYS单元库中的combin14单元来等效搭接梁结构的单螺栓结合部,进行自由模态分析,获取前6阶模态参数;同时,采用虚拟材料层的建模方法对单螺栓结合部进行等效,同样进行自由模态分析,提取前6阶模态参数。利用LMS ***14A对结构进行模态测试,获得结构的前6阶固有频率及模态振型,并将两种理论计算结果与模态测试结果进行比较。结果表明,两种建模方法的理论振型和实验振型均相似,通过与实验固有频率的定量比较,弹簧单元建模方法的精度高于虚拟材料层的建模方法,其误差均在2.2%以内,说明了弹簧单元等效方法在单螺栓结合部建模方面的正确性和有效性。对含双螺栓结合部的哑铃状结构同样采用两种等效建模方法进行有限元建模及模态分析,利用实验测试结果对两种建模方法的精度进行验证。结果表明,采用弹簧单元的建模方法与实验固有频率误差最大为14.8%,而采用虚拟材料层的建模方法误差达到了33.6%。因此,在对多螺栓结合部进行建模时,要想获得更高的建模精度,应选用弹簧单元等效结合部的建模方法。通过单、双螺栓结合部建模方法与实验结果的比较,弹簧单元等效建模方法具有更高的建模精度,故进一步采用弹簧单元等效方法对螺栓结合部的动态特性进行了深入分析和研究,分别研究了不同的螺栓预紧力、表面粗糙度、结合面材料、螺栓分布及螺栓数量对螺栓结合部固有频率的影响规律,为螺栓结合部的动态特性分析提供参考依据。

关键词：螺栓结合部弹簧单元虚拟材料层固有频率模态振型

基于模态分析和RBF神经网络的CFRP搭接板螺栓松动识别方法研究

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基于模态分析和RBF神经网络的CFRP搭接板螺栓松动识别方法研究

作者：张义政济南大学

学位级别：硕士

碳纤维增强环氧树脂复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)具有“比钢强比铝轻”的特点,是目前最受重视的先进复合材料之一。在实际工程应用中,螺栓连接具有承载能力大,便于拆装等优点而被广泛应用于CFRP连接结构,其螺栓... 详细信息

碳纤维增强环氧树脂复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)具有“比钢强比铝轻”的特点,是目前最受重视的先进复合材料之一。在实际工程应用中,螺栓连接具有承载能力大,便于拆装等优点而被广泛应用于CFRP连接结构,其螺栓连接状态直接影响到结构运行性能。因此,对螺栓连接状态进行健康监测和早期连接状态识别显得尤为重要。基于模态分析的动力检测方法是一种全局检测方法,具有单点测量全局检测的优点,这对CFRP这类多螺栓连接结构的连接状态检测具有显著的优势。本文通过建立螺栓结合面连接刚度模型和高精度的CFRP有限元分析模型的方法研究螺栓预紧力对固有频率的影响特性,并结合RBF人工神经网络算法分步实现松动螺栓定位和预紧力定量辨识,论文完成的主要工作包括:(1)螺栓结合面连接刚度特性动力学建模理论分析。基于螺栓结合面接触刚度分形理论,针对CFRP材料分析计算螺栓预紧力对螺栓结合面接触刚度的作用规律,并在此基础上进一步讨论基于虚拟材料层模型的螺栓结合面连接刚度建模方法。(2)螺栓预紧力对虚拟材料层模型参数的影响特性分析。讨论螺栓预紧力对虚拟材料层模型几何参数和物理参数作用规律,并分别拟合螺栓预紧力与虚拟材料的弹性模量和泊松比的函数关系,为后续基于虚拟材料的螺栓预紧力有限元模态分析提供连接刚度模型。(3)基于模型修正的高精度CFRP有限元建模。为保证后续CFRP搭接板有限元分析结果的准确性,提出了一种基于相关分析和近似模型的CFRP有限元模型修正方法,与初始模型相比,修正后的模型的最大误差为1.47%,平均误差为0.45%,极大的提高了CFRP有限元建模精度。(4)螺栓预紧力对模态特性的影响规律研究。研究发现,随着螺栓预紧力的增大,固有频率逐渐升高,但变化趋势逐渐放缓,表征灵敏度逐渐下降;松动螺栓的位置变化同样会对固有频率产生影响,但两者之间并无单调对应关系。(5)基于RBF神经网络的松动螺栓识别研究。借助RBF人工神经网络,分别以SRCF和FCR为松动螺栓定位和定量识别指标,研究发现RBF神经网络能有效识别松动螺栓的位置和程度,且具有一定的抗噪声干扰能力。

关键词：螺栓松动虚拟材料层 CFRP 模态分析神经网络

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HGM50卧式加工中心主轴系统设计研究

HGM50卧式加工中心主轴系统设计研究

作者：赵磊南京理工大学

学位级别：硕士

主轴系统作为数控机床的核心部分,对数控机床的性能有直接的影响,因此主轴系统的设计以及动静态特性的研究尤为重要。论文以HGM50卧式加工中心的主轴系统(主轴—主轴箱—丝杠—滑块系统)为研究对象,采用仿真和试验相结合的方法,围绕电... 详细信息

主轴系统作为数控机床的核心部分,对数控机床的性能有直接的影响,因此主轴系统的设计以及动静态特性的研究尤为重要。论文以HGM50卧式加工中心的主轴系统(主轴—主轴箱—丝杠—滑块系统)为研究对象,采用仿真和试验相结合的方法,围绕电主轴的选型、主轴系统动力学建模与动静态特性分析,以及关键零部件和结合面的优化展开研究。针对轿车发动机缸体、缸盖制造工艺,确定主轴选型的主要性能指标,建立性能指标评价模型。采用直觉模糊层次法,并改善得分函数,基于直觉模糊偏好关系判断矩阵,确定电主轴最优方案。基于虚拟材料层等效结合面的方法,利用有限元软件建立主轴系统的动力学模型。对主轴箱—丝杠—滑块系统进行有限元模态分析和模态试验,通过对比模态试验和仿真结果的固有频率和振型,来验证主轴系统动力学模型的正确性。在此基础上,对主轴系统展开动静态特性分析,得到主轴系统的低阶频率和振型,以及刀具等效部位静刚度。对主轴系统进行了谐响应分析,得到主轴系统的共振频率。通过对比主轴系统各个结构件和结合面对共振频率的影响程度,辨识主轴系统结构的薄弱环节。基于灵敏度分析法对主轴箱结构进行多目标参数的优化分析;研究主轴系统结合面刚度对主轴系统动态特性的影响,将正交试验法与灰色关联法相结合,对主轴系统部分结合面刚度进行优化。

关键词：电主轴选型主轴系统虚拟材料层静动态特性优化设计

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预紧载荷下螺栓结合部静特性分析

中国机械工程 2019年第10期30卷 1149-1155页

作者：惠烨黄玉美李鹏阳李艳陕西科技大学机电工程学院西安710021 西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 教育部数控机床及机械制造装备集成重点试验室西安710048

结合面的接触变形与构件变形存在耦合关系,为提高整机分析结果的准确性,提出了建立分析模型时在构件间增加虚拟材料层反映结合部非线性特性的假设。基于结合面基础特性参数获得了虚拟材料物理参数,建立了包含结合部特性的分析模型。对... 详细信息

结合面的接触变形与构件变形存在耦合关系,为提高整机分析结果的准确性,提出了建立分析模型时在构件间增加虚拟材料层反映结合部非线性特性的假设。基于结合面基础特性参数获得了虚拟材料物理参数,建立了包含结合部特性的分析模型。对预紧力作用下的螺栓结合部进行了一系列不同材料、预紧力及构件厚度的静特性试验。结合分析和试验结果,将结合面变形从整体形变中分离出来,与理论计算比较,验证了本文所提出的建模理论和试验方法的准确性和有效性。

关键词：预紧载荷螺栓结合部基础特性参数虚拟材料层