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《基于接触单元的磨床螺栓连接面有限元建模与模型修正》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、中国机械工程第12卷第5期2001年5月文章编号:1004-132Ⅹ(2001)05-0524-03基于接触单元的磨床螺栓连接面有限元建模与模型修正陈新孙庆鸿毛海军陈南摘要:以接触单元和弹簧—阻尼单元建立了磨床螺栓连接件的结合面动力学有限元模型。并以前3阶试验模态及有限元模型理论计算的固有频率均方差最小为目标函数,对包含接触单元和弹簧—阻尼单元的结合面特征参数进行优化,在此基础上修正并取得更为符合实际的结合面动力学模型。这对机床结构的动态优化设计具有重要意义。关键词:结合面;优化;有限元模型;模型修正陈新博士研究生中图分类号:TB115文献标识码:A机床结构的动力学特性,在很大程度上取决
2、入。因此,接触点可以预先确定,接触表面充分光于其各装配结合面的特性。因此,结合面动力学特滑。接触件采用体单元建模,结合面在螺栓连接处性和建模方法的研究,对于机床结构的优化设计采用线性弹簧—阻尼单元,在结合面上用分布接起着极其重要的作用。触单元。模型要求两零件在结合面处的接触单元由于结合面不能独立存在,如何把结合面特必须一一对应,两零件接触面上单元互为接触单征从结构系统中分离出来,是对结合面特征参数元,以保证其位移模式相同。接触单元的接触刚度研究的重要问题。20多年来,国内外学者对结合是接触体对其边界条件的约束,整个计算过程仍面建模及其特性分析做了深入的研究。目前,机床为线性。结合件接触系
3、统的最终状态可由系统的螺栓结合面的有限元建模最常用一系列的线性弹平衡方程、边界条件和接触边界的嵌入条件来确簧—阻尼单元模拟,但该法由于不能正确描述结定。[1～3]对于两接触体A和B组成的接触体系,将其合面的特性,因此模型精度较低。本文以一类内圆磨床桥板及滑板连接件为对看成两个独立的个体,按有限元要求离散成若干象,研究在有限元模型建立中有螺栓结合面的建模单元,并建立对接触体A和B的振动微分方程:¨õ方法和动态特性。在充分考虑结合面特性的基础[Ma]{Ua}+[Ca]{Ua}+[Ka]{Ua}={Pa}+{ra}上,以接触单元为主,综合线性弹簧—阻尼单元建(1)¨õ立了磨床连接件的结合面动力
4、学有限元模型。并通[Mb]{Ub}+[Cb]{Ub}+[Kb]{Ub}={Pb}+{rb}过试验,综合考虑前3阶固有频率的均方差最小为(2)目标函数来修正动力学模型。其优点是不必借助质式中,{Ua}、{Ub}为接触体A和B的节点位移向量;{Pa}、{Pb}为外力向量;{ra}、{rb}为接触节点的接触力向量。量矩阵[M]及刚度矩阵[K],通过试验即可直接修定义A和B接触面上的节点互为接触单元,正有关系数。适用于结合面的动力学建模和模型修考虑接触的边界条件和非嵌入方式,接触面上的正,并以内圆磨床桥板和滑板螺栓结合面为例进行[4,5]刚度矩阵方程为建模和模型修正。00kankasuara1螺
5、栓紧固连接界面建模及模型修正00kbnkbsubrb=(3)knaknbkn0urrn1.1建立结合面样件的有限元分析模型ksaksb0ksusrs本文研究以内圆磨床桥板及滑板零件的结合式中,kn为接触单元的接触刚度矩阵;ks为弹簧—阻尼单面建模为例。假设2接触件界面之间的变形是小元的刚度矩阵;ua、ub为接触面上节点位移;ur为接触单元变形,忽略动摩擦,两螺栓连接接触件之间无嵌节点对的相对位移;us为弹簧—阻尼单元节点的相对位移;ra、rb分别为A、B体接触节点的接触力向量;rn、rs分别收稿日期:2000—02—28为接触单元和弹簧—阻尼单元的接触力向量。基金项目:江苏省“九五”重大
6、工业攻关项目(BG98006—2)考虑接触的非嵌入方式,判别接触状态存在·524·基于接触单元的磨床螺栓连接面有限元建模与模型修正——陈新孙庆鸿毛海军等(i+1)(i)(i)的条件为ur≥0。接触刚度矩阵kn为X=X+sid′(i)(i-1)ktkx迭代的收敛条件为ûf-fû≤S,S为目k′n=knks=ky标函数的公差。k′ktz′′2应用实例式中,kn、kt分别为单元的法向接触刚度和切向接触刚度;kx、ky、kz分别为弹簧—阻尼单元的空间连接刚度。内圆磨床的桥板和滑板的装配关系图见图1.2识别结合面特征参数的优化算法1,二者连接界面为螺栓紧固结合平面,材料为铸(1)设计变量选择结合面
7、接触单元的法向铁件,结合部厚度35mm,通过两侧4个紧固螺栓′′接触刚度kn、切向接触刚度kt和弹簧—阻尼单元连接。结合面加工方法为精铣,结合面压力分布为的3个自由度上的连接刚度和阻尼kx、ky、kz、cx、2.35MPa,表面粗糙度Ra=3.2Lm。cy、cz作为设计变量,设为Xi。(2)目标函数设结合件有限元理论模型与其实验结果的相对误差最小为目标函数,取前3阶固有频率为状态变量。3minf(X2i)=6ajûfjcal-fjt
