本文關(guān)鍵詞：基于有限元理論的螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)振動特性時頻分析方法研究

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【摘要】：光電經(jīng)緯儀用于自動捕捉與跟蹤遠距離運動物體的運行軌跡、空間姿態(tài)等運動特性。由于光電經(jīng)緯儀要求高精度的快速捕獲跟蹤與瞄準能力,其支撐結(jié)構(gòu)的固有頻率應(yīng)避免接近或者落入伺服系統(tǒng)的帶寬范圍之內(nèi)從而避免引起由于伺服系統(tǒng)或者外界激勵載荷引起的結(jié)構(gòu)共振,因此光機支撐結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的精確仿真是結(jié)構(gòu)設(shè)計階段非常重要的組成部分。光電經(jīng)緯儀中支撐結(jié)構(gòu)的聯(lián)接主要是由螺栓聯(lián)接實現(xiàn),螺栓聯(lián)接需考慮相關(guān)聯(lián)接件的接觸狀態(tài)。接觸狀態(tài)分析主要引入了非線性接觸邊界條件,并根據(jù)螺栓預(yù)緊力的大小確定局部的結(jié)構(gòu)非線性變形甚至材料蠕變等非線性特性。在結(jié)構(gòu)振動特性分析中,接觸區(qū)域面積、相互空間位置、以及接觸力法的幅值等隨結(jié)構(gòu)的變形而發(fā)生改變,從而使得接觸區(qū)域的局部剛度和阻尼特性表現(xiàn)為依賴外部振動載荷和時間的非定值常量。因此通常結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的線性模態(tài)仿真方法與實驗獲得的結(jié)構(gòu)振動特性相差較大。本論文通過引入時域和頻域結(jié)合的數(shù)值計算方法仿真具有螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)振動特性。仿照振動模態(tài)實驗的思路,首先通過構(gòu)造脈沖和指定頻域范圍的步進正弦掃頻等外加載荷計算結(jié)構(gòu)的時間-位移響應(yīng),然后利用傅立葉分析方法獲得了位移曲線的頻域特性,最后借助信號濾波方法獲得結(jié)構(gòu)的各階諧振頻率。在數(shù)值計算方面,首先利用固結(jié)結(jié)構(gòu)替代螺栓聯(lián)接,根據(jù)采樣定理合理選取時間-位移計算中的時間計算間隔和計算時長,驗證了時域和頻域結(jié)合計算結(jié)構(gòu)共振頻率的正確性。通過引入非線性接觸有限元分析和時間步的隱式積分算法,對考慮接觸和預(yù)緊力的單螺栓懸臂梁模型進行了計算和仿真。與試驗?zāi)B(tài)結(jié)果對比表明,此數(shù)值方法的計算誤差控制在7%以內(nèi)。通過計算單螺栓結(jié)構(gòu)的時域響應(yīng),指出此類結(jié)構(gòu)存在次頻響應(yīng)等非線性振動的特征。通過對比具有不同接觸面積螺栓聯(lián)接模型的計算結(jié)果,證實了螺栓聯(lián)接條件下接觸面積越小,利用線性模態(tài)分析獲得的共振模態(tài)值與實際振動特性誤差越小、結(jié)構(gòu)次超頻響應(yīng)特性越不明顯。另外利用具有擋塊的懸臂梁模型分析了自由碰撞下結(jié)構(gòu)的受迫振動,指出在該類強非線性接觸振動條件下,基于線性模態(tài)的振動理論已完全不適用于結(jié)構(gòu)的受迫振動分析。在實際工程應(yīng)用中,本文采用的時頻分析方法耗費資源過大,計算時間過長。因此,本文研究了利用子結(jié)構(gòu)方法結(jié)合時頻分析方法用以提升計算效率和節(jié)省計算時間的問題。本文針對單螺栓聯(lián)接懸臂梁模型利用子結(jié)構(gòu)方法進行了數(shù)值計算時間的驗證計算。數(shù)值計算結(jié)果在滿足計算精度要求的前提下,計算時間可縮減一倍以上。最后總結(jié)和展望了利用此方法計算結(jié)構(gòu)諧振頻率的優(yōu)缺點,并指出需要進一步完善的研究內(nèi)容。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH131.3

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1 皮亞南,劉燕霞,汪先明,朱宇姝;脹塞式過盈普通螺栓聯(lián)接[J];南昌大學學報(工科版);2003年01期

2 趙福亮;提高螺栓聯(lián)接強度的施工安裝措施[J];機械工程與自動化;2004年03期

3 岳桂杰;保承軍;同長虹;;螺栓聯(lián)接設(shè)計中應(yīng)注意的問題[J];裝備制造技術(shù);2009年12期

4 劉琳;米雪蓮;;淺議如何提高螺栓聯(lián)接強度[J];科技創(chuàng)業(yè)家;2013年14期

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本文編號：1154021