【摘要】：數(shù)字仿真技術(shù)可以大幅度的縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期,提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)床、飛機(jī)、汽車等工業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)領(lǐng)域中。建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)精確仿真分析的基礎(chǔ)。目前,對(duì)于單個(gè)零件的數(shù)字仿真分析的精確已經(jīng)能夠滿足工程應(yīng)用的要求。然而,對(duì)于系統(tǒng)級(jí)別的仿真分析的結(jié)果依舊有較大誤差。其中一個(gè)重要的原因在于,現(xiàn)有的有限元軟件不能很好的處理結(jié)構(gòu)連接部分的性能。本文針對(duì)常用的螺栓連接結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模、參數(shù)識(shí)別方法以及應(yīng)用展開研究,主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾點(diǎn):首先,建立了一種包含幾何參數(shù)及物理參數(shù)的螺栓結(jié)合部虛擬材料動(dòng)力學(xué)模型。通過對(duì)不同板厚、加工方式、螺栓直徑及螺栓預(yù)緊力時(shí)的連接表面接觸區(qū)域測(cè)試,分析了螺栓連接的影響因素對(duì)虛擬材料模型參數(shù)的影響程度。在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用克里金法,建立了虛擬材料幾何模型參數(shù)庫(kù),并基于matlab的GUI編輯了結(jié)合部幾何參數(shù)庫(kù)的管理界面。根據(jù)加工表面的紋理方向及接觸情況,建立了虛擬材料的物理參數(shù)模型。其次,針對(duì)MAC值靈敏度計(jì)算耗時(shí)的問題,提出了一種基于拉格朗日函數(shù)的直接算法,將特征方程和正則化條件作為約束引入MAC值的計(jì)算公式中以構(gòu)造拉格朗日函數(shù),當(dāng)求解出拉格朗日算子之后,可以直接計(jì)算MAC值對(duì)不同設(shè)計(jì)參數(shù)的一階靈敏度及二階靈敏度。并通過仿真算例分析,驗(yàn)證了直接法的準(zhǔn)確性以及高效性。由于MAC值廣泛應(yīng)用于模型修正、參數(shù)識(shí)別等工程相關(guān)領(lǐng)域,直接法可以大幅度提高參數(shù)識(shí)別的效率。再次,根據(jù)本文提出的螺栓結(jié)合部虛擬材料動(dòng)力學(xué)模型,提出了采用模態(tài)參數(shù)及頻響函數(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行虛擬材料物理參數(shù)的識(shí)別。在物理參數(shù)識(shí)別的過程中,根據(jù)修正方程的特性,提出了一種新的加權(quán)方法,顯著減少修正方程的條件數(shù),且方便的進(jìn)行迭代運(yùn)算。通過算例仿真,對(duì)參數(shù)識(shí)別方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。設(shè)計(jì)螺栓連接的實(shí)驗(yàn)試件,進(jìn)行螺栓結(jié)合部物理參數(shù)識(shí)別,并驗(yàn)證了參數(shù)識(shí)別結(jié)果的有效性。最后,圍繞螺栓結(jié)合部模型的應(yīng)用問題,構(gòu)建了結(jié)合部模型物理參數(shù)庫(kù)。根據(jù)不同的螺栓預(yù)緊力、粗糙度、加工方式以及接觸方式,設(shè)計(jì)一系列的實(shí)驗(yàn),并進(jìn)行螺栓結(jié)合部虛擬材料模型物理參數(shù)的識(shí)別。在此基礎(chǔ)上完成了機(jī)床螺栓結(jié)合部虛擬材料模型參數(shù)庫(kù)的建立,并編寫了相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理界面。最后,將螺栓結(jié)合部模型參數(shù)庫(kù)應(yīng)用于多螺栓長(zhǎng)梁結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)及YK31320數(shù)控滾齒機(jī)的床身與底座連接結(jié)構(gòu),驗(yàn)證了模型庫(kù)的有效性。全文主要圍繞螺栓固定結(jié)合部展開:建立了螺栓結(jié)合部的動(dòng)力學(xué)模型,提出了相應(yīng)的參數(shù)識(shí)別方法,并構(gòu)建了動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)了螺栓結(jié)合部的快速建模、分析以及應(yīng)用。
[Abstract]:Digital simulation technology can greatly shorten the product design cycle, improve the competitiveness of the product, has been widely used in machine tools, aircraft, automobile and other industrial design related fields. Establishing accurate mathematical model is the basis of accurate simulation analysis. At present, the accuracy of digital simulation analysis for a single part can meet the requirements of engineering applications. However, there are still large errors in the results of system-level simulation analysis. One of the important reasons is that the existing finite element software can not deal well with the performance of the structural joint. In this paper, the dynamic modeling, parameter identification method and application of bolted connection structures are studied. The main research contents are as follows: first, A kind of virtual material dynamics model of bolt joint including geometric and physical parameters is established. The influence factors of bolt connection on the parameters of virtual material model were analyzed by testing the contact area of the connection surface with different plate thickness, processing method, bolt diameter and bolt preload force. On the basis of a large number of experiments, the virtual material geometric model parameter library is established by using Kriging method, and the management interface of the joint geometric parameter library is edited based on GUI of matlab. According to the texture direction and contact condition of the machined surface, the physical parameter model of the virtual material is established. Secondly, a direct algorithm based on Lagrange function is proposed to solve the problem of time-consuming calculation of MAC value sensitivity. The characteristic equation and regularization condition are introduced into the calculation formula of MAC value to construct the Lagrange function. When the Lagrange operator is solved, the first order and second order sensitivity of MAC value to different design parameters can be directly calculated. The accuracy and efficiency of the direct method are verified by simulation examples. Because the MAC value is widely used in engineering related fields such as model modification and parameter identification, the direct method can greatly improve the efficiency of parameter identification. Thirdly, according to the dynamic model of bolt joint virtual material, a method combining modal parameters and frequency response function is proposed to identify the physical parameters of virtual material. In the process of physical parameter identification, according to the characteristics of the modified equation, a new weighting method is proposed, which can significantly reduce the condition number of the modified equation, and is convenient for iterative operation. The effectiveness of the parameter identification method is verified by an example. The physical parameters of the bolt joint are identified and the validity of the parameter identification results are verified. Finally, the physical parameter library of bolt joint model is constructed around the application of bolt joint model. According to different bolt pre-tightening force, roughness, machining method and contact mode, a series of experiments are designed, and the physical parameters of the bolt joint virtual material model are identified. On this basis, the virtual material model parameter library of machine tool bolt joint is established, and the corresponding data management interface is compiled. Finally, the bolted joint model parameter library is applied to the multi-bolt long-beam structure, the frame structure and the connecting structure between the bed and the base of the YK31320 CNC hobbing machine, which verifies the validity of the model base. This paper mainly focuses on the bolt fixed joint: the dynamic model of the bolt joint is established, the corresponding parameter identification method is put forward, and the dynamic model parameter library is constructed, which realizes the fast modeling of the bolt joint. Analysis and application.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH131.3

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本文編號(hào)：2366285