基于虚拟材料层的滑动结合部动态特性建模方法.pdf

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1、机械设计与制造第2期222MachineryDesign&Manufacture2014年2月基于虚拟材料层的滑动结合部动态特性建模方法杨尧，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)摘要：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

2、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；建模方法中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)02—0222—03ModelingMethodBasedonVirtualMaterialLayerforDynamicCharacteristicsofSlidingJointYANGYao，YUANJun—tang，W

3、ANGZhen-hua，YANGBiao’(SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，JiangsuNanjing210094，China)Abstract：Duetoalotofdefectsinthespring-dampingelementsimulationofdynamiccharacteristicsofjoints，anewmethodWO$proposedtofoundthefini

4、teelementmodelbyvirtualmateriallayerandmultiplepointc0，n矗ntechnique．andmoddanalysisoftheslidingrailsystem∞carriedoutbyANSYS．Threeoptimizeddesignvariablesforengineeringapplicationwereobtainedbyanalysisofthematerialproperties(elasticmodulous、Passionrat

5、io、density)andstructuralparameters(thickness)ofvirtualmateriallayer．InadditiontheFEMmodalanalysisresultswerecomparedwiththeresuhsofexperimentalmodalanalysis．hhasshownthattherelativeerrorsbetweenthecalculatednaturalfrequenciesandtheexperimentalonesare

6、lessthan8％andtheabovemethodistrulyreliablefopracticalengineeringapplication．KeyWords：VirtualMaterialLayer；SlidingJoint；DynamicCharacteristics；ModelingMethod合部动态特性建模方法是必要的。1引言以滑动导轨系统为研究对象，在滑台与滑动导轨承载面之现代数控机床正朝着高精度、高速度、高智能的方向快速发间假设具有一定厚度的虚拟材料层来模拟滑动结合部动态

7、特性，展，这就迫切要求机床设计在图样阶段就能预测整机性能，动态并通过多点约束技术(MPC)在ANSYS中建立有限元模型；分析特性则是评价数控机床整机性能的关键ll。滑动导轨以其优良的虚拟材料层的材料属性参数(弹性模量E、泊松比”、密度p)和结承载能力和抗振性能仍在现代机床，特别是重型数控机床中得到构参数(虚拟材料层厚度)对滑动结合部动态特性的影响；并基广泛的应用。显然，滑动结合部的动态特性必将影响着机床整机于对滑动导轨系统的模态试验结果，对虚拟材料层的材料属性参的动态特性。数和结构参数进行优化设

8、计；对比虚拟材料层模型的模态分析结目前，在机床各类结合部动态特性建模方法中，弹簧一阻果与模态实验结果，以验证基于虚拟材料层的滑动导轨结合部动尼单元成为模拟结合部动态特『生最常用的方法，但弹簧一阻尼单态特l生建模方法的准确性和适用性。元是基于线性动力学理论，并不能表示结合部问的非线性特征，此外，弹簧一阻尼单元虽然能定性的表征结合部的接触刚度和阻2滑动导轨系统有限元模型尼值，但在建模之前，弹簧一阻尼单元的数量和分布并不能明确给2．1滑动导轨系统定，这会造成机床整机动态性能分析中出现漏阶甚至是虚假频研