【摘要】：螺栓連接因拆卸方便而廣泛應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)中,螺栓結(jié)合部特性對整機(jī)動態(tài)特性影響很大。由于螺栓結(jié)合部是多結(jié)合面的復(fù)雜結(jié)合部,在采用有限元軟件分析和研究含螺栓的機(jī)械結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性時,無法直接建模。因此,探索一種能反映螺栓結(jié)合部特性簡單有效的建模方法具有重要意義,本文主要從螺栓結(jié)合部的動力學(xué)建模及其動態(tài)特性的影響因素進(jìn)行分析研究。采用ANSYS單元庫中的combin14單元來等效搭接梁結(jié)構(gòu)的單螺栓結(jié)合部,進(jìn)行自由模態(tài)分析,獲取前6階模態(tài)參數(shù);同時,采用虛擬材料層的建模方法對單螺栓結(jié)合部進(jìn)行等效,同樣進(jìn)行自由模態(tài)分析,提取前6階模態(tài)參數(shù)。利用LMS Test.Lab14A對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)測試,獲得結(jié)構(gòu)的前6階固有頻率及模態(tài)振型,并將兩種理論計算結(jié)果與模態(tài)測試結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明,兩種建模方法的理論振型和實(shí)驗(yàn)振型均相似,通過與實(shí)驗(yàn)固有頻率的定量比較,彈簧單元建模方法的精度高于虛擬材料層的建模方法,其誤差均在2.2%以內(nèi),說明了彈簧單元等效方法在單螺栓結(jié)合部建模方面的正確性和有效性。對含雙螺栓結(jié)合部的啞鈴狀結(jié)構(gòu)同樣采用兩種等效建模方法進(jìn)行有限元建模及模態(tài)分析,利用實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果對兩種建模方法的精度進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,采用彈簧單元的建模方法與實(shí)驗(yàn)固有頻率誤差最大為14.8%,而采用虛擬材料層的建模方法誤差達(dá)到了33.6%。因此,在對多螺栓結(jié)合部進(jìn)行建模時,要想獲得更高的建模精度,應(yīng)選用彈簧單元等效結(jié)合部的建模方法。通過單、雙螺栓結(jié)合部建模方法與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較,彈簧單元等效建模方法具有更高的建模精度,故進(jìn)一步采用彈簧單元等效方法對螺栓結(jié)合部的動態(tài)特性進(jìn)行了深入分析和研究,分別研究了不同的螺栓預(yù)緊力、表面粗糙度、結(jié)合面材料、螺栓分布及螺栓數(shù)量對螺栓結(jié)合部固有頻率的影響規(guī)律,為螺栓結(jié)合部的動態(tài)特性分析提供參考依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH131.3
【圖文】：

制造業(yè)涵蓋航空航天、交通運(yùn)輸，軍事工業(yè)等各個領(lǐng)域。機(jī)床作為制造業(yè)中的主要生產(chǎn)設(shè)備，其加工精度的高低是評價一臺機(jī)床性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。因此，尋找機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計中影響加工精度的因素是目前研究的一項重要課題。機(jī)械結(jié)構(gòu)為了滿足一定的功能、性能、加工要求及運(yùn)輸上的方便通常都不是一個連續(xù)的整體，而是通過某些特定的方式連接在一起，稱零部件等之間相互結(jié)合的表面為“機(jī)械結(jié)合面”，簡稱“結(jié)合面”，零部件之間相互結(jié)合的部位稱為“結(jié)合部”。機(jī)械結(jié)構(gòu)中存在著多種多樣的結(jié)合部，圖 1-1 列出了工程實(shí)際中幾種常見的結(jié)合部連接類型。由于結(jié)合部的存在使得機(jī)械結(jié)構(gòu)不再是一個連續(xù)的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致了關(guān)于機(jī)械結(jié)構(gòu)研究的復(fù)雜性，從運(yùn)動情況劃分，結(jié)合部主要分為三類：（1）運(yùn)動結(jié)合部：相互接觸的兩零部件在工作時存在宏觀上相對運(yùn)動的結(jié)合部，主要起導(dǎo)向和傳遞扭矩的作用，典型的有導(dǎo)軌結(jié)合部和軸承結(jié)合部；（2）半固定結(jié)合部：兩接觸零部件在工作時時而固定、時而運(yùn)動的結(jié)合部，如摩擦離合器結(jié)合部；（3）固定結(jié)合部：兩接觸零部件在工作時保持不變的結(jié)合部，典型的有螺栓結(jié)合部和焊接結(jié)合部。

圖 1-2 整機(jī)結(jié)構(gòu)中的螺栓結(jié)合部Fig.1-2 Bolt Joint in Whole Machine Structure，機(jī)械結(jié)合面并不是完全接觸的，而是表面上眾多微接觸面積小于其名義接觸面積，對機(jī)械結(jié)構(gòu)動態(tài)特性特性時，必須考慮到結(jié)合面上微凸體的影響；此外，，導(dǎo)致應(yīng)用有限元軟件分析含螺栓結(jié)合部機(jī)械結(jié)構(gòu)的，必須精細(xì)地劃分螺栓結(jié)合部的網(wǎng)格，從而導(dǎo)致很大度較高、耗時較短的螺栓結(jié)合部有限元建模方法具有型，首先必須充分地考慮到結(jié)合部的影響，結(jié)合部的機(jī)分析的關(guān)鍵之一。外研究現(xiàn)狀屬柔性連接，即在外載荷的作用下，結(jié)合部均會發(fā)生性又有阻尼，即結(jié)合面間既存在剛度也存在阻尼。而進(jìn)而也導(dǎo)致了問題的復(fù)雜性。學(xué)者們針對結(jié)合部進(jìn)行參數(shù)的識別（剛度、阻尼）、結(jié)合部的動力學(xué)建模以

圖 1-3 結(jié)合面接觸模型Fig.1-3 Contact Model of Joint Surface糙表面的接觸問題，1966 年，Greenwood 等[5]研究認(rèn)為各微凸體的為粗糙表面接觸問題的研究奠定了基礎(chǔ)，并提出了 GW 模型。G：（1）微凸體間均滿足各向同性；（2）微凸體在峰頂附近微凸體凸體的曲率半徑相同，其高度呈隨機(jī)分布；（4）各微凸體間無面無大變形，且僅在微凸體接觸時才產(chǎn)生變形。GW 模型至今仍該模型沒有考慮微凸體由彈性變形到塑性變形的轉(zhuǎn)換狀態(tài)，屬于理于工程實(shí)際。隨后，Mandelbrot[6]發(fā)現(xiàn)二維 W-M 函數(shù)存在分形特征曲線處處連續(xù)且不可導(dǎo)，非常適合表征粗糙表面的表面輪廓，解決難的問題。Majumdar 和 Bhushan[7]依據(jù) W-M 函數(shù)將分形理論應(yīng)用題中，將接觸表面假定為一個剛性平面和一個柔性表面的接觸問面接觸模型（MB 模型），最后利用功率譜函數(shù)計算了接觸分形表尺度參數(shù) G。Yan 等[8]將粗糙表面的自相似性特征用改進(jìn)的 W-M開發(fā)的算法生成二維分形曲面以代替工程粗糙表面，將生成的表面

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本文編號：2777576