發(fā)布時間：2020-08-01 14:23

【摘要】：螺栓連接因拆卸方便而廣泛應用于機械結構中,螺栓結合部特性對整機動態(tài)特性影響很大。由于螺栓結合部是多結合面的復雜結合部,在采用有限元軟件分析和研究含螺栓的機械結構的動態(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,本文主要從螺栓結合部的動力學建模及其動態(tài)特性的影響因素進行分析研究。采用ANSYS單元庫中的combin14單元來等效搭接梁結構的單螺栓結合部,進行自由模態(tài)分析,獲取前6階模態(tài)參數;同時,采用虛擬材料層的建模方法對單螺栓結合部進行等效,同樣進行自由模態(tài)分析,提取前6階模態(tài)參數。利用LMS Test.Lab14A對結構進行模態(tài)測試,獲得結構的前6階固有頻率及模態(tài)振型,并將兩種理論計算結果與模態(tài)測試結果進行比較。結果表明,兩種建模方法的理論振型和實驗振型均相似,通過與實驗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,說明了彈簧單元等效方法在單螺栓結合部建模方面的正確性和有效性。對含雙螺栓結合部的啞鈴狀結構同樣采用兩種等效建模方法進行有限元建模及模態(tài)分析,利用實驗測試結果對兩種建模方法的精度進行驗證。結果表明,采用彈簧單元的建模方法與實驗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到了33.6%。因此,在對多螺栓結合部進行建模時,要想獲得更高的建模精度,應選用彈簧單元等效結合部的建模方法。通過單、雙螺栓結合部建模方法與實驗結果的比較,彈簧單元等效建模方法具有更高的建模精度,故進一步采用彈簧單元等效方法對螺栓結合部的動態(tài)特性進行了深入分析和研究,分別研究了不同的螺栓預緊力、表面粗糙度、結合面材料、螺栓分布及螺栓數量對螺栓結合部固有頻率的影響規(guī)律,為螺栓結合部的動態(tài)特性分析提供參考依據。
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH131.3
【圖文】：

制造業(yè)涵蓋航空航天、交通運輸，軍事工業(yè)等各個領域。機床作為制造業(yè)中的主要生產設備，其加工精度的高低是評價一臺機床性能優(yōu)劣的重要指標。因此，尋找機床結構設計中影響加工精度的因素是目前研究的一項重要課題。機械結構為了滿足一定的功能、性能、加工要求及運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合的表面為“機械結合面”，簡稱“結合面”，零部件之間相互結合的部位稱為“結合部”。機械結構中存在著多種多樣的結合部，圖 1-1 列出了工程實際中幾種常見的結合部連接類型。由于結合部的存在使得機械結構不再是一個連續(xù)的結構，從而導致了關于機械結構研究的復雜性，從運動情況劃分，結合部主要分為三類：（1）運動結合部：相互接觸的兩零部件在工作時存在宏觀上相對運動的結合部，主要起導向和傳遞扭矩的作用，典型的有導軌結合部和軸承結合部；（2）半固定結合部：兩接觸零部件在工作時時而固定、時而運動的結合部，如摩擦離合器結合部；（3）固定結合部：兩接觸零部件在工作時保持不變的結合部，典型的有螺栓結合部和焊接結合部。

圖 1-2 整機結構中的螺栓結合部Fig.1-2 Bolt Joint in Whole Machine Structure，機械結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，對機械結構動態(tài)特性特性時，必須考慮到結合面上微凸體的影響；此外，，導致應用有限元軟件分析含螺栓結合部機械結構的，必須精細地劃分螺栓結合部的網格，從而導致很大度較高、耗時較短的螺栓結合部有限元建模方法具有型，首先必須充分地考慮到結合部的影響，結合部的機分析的關鍵之一。外研究現狀屬柔性連接，即在外載荷的作用下，結合部均會發(fā)生性又有阻尼，即結合面間既存在剛度也存在阻尼。而進而也導致了問題的復雜性。學者們針對結合部進行參數的識別（剛度、阻尼）、結合部的動力學建模以

圖 1-3 結合面接觸模型Fig.1-3 Contact Model of Joint Surface糙表面的接觸問題，1966 年，Greenwood 等[5]研究認為各微凸體的為粗糙表面接觸問題的研究奠定了基礎，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換狀態(tài)，屬于理于工程實際。隨后，Mandelbrot[6]發(fā)現二維 W-M 函數存在分形特征曲線處處連續(xù)且不可導，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 W-M 函數將分形理論應用題中，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計算了接觸分形表尺度參數 G。Yan 等[8]將粗糙表面的自相似性特征用改進的 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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