基于简化模型的复杂机械系统分析方法研究

论文摘要

随着生产技术的发展,现代制造企业对机床的性能提出了更高的要求。机床是由多个零部件组成的复杂机构,在设计中,仅对个别零部件进行分析,无法全面反映机床的整体性能。因此,要对机床性能做出准确预测,必须对整个复杂机构进行分析。有限元技术凭借自身的优势,已经成为分析复杂结构的有效方法和手段。对整机来说,尤其是大型机床,其有限元精确模型的规模相当庞大,这就会占用大量的计算资源,耗费相当长的分析时间,甚至会出现无法计算的情况。因此,对复杂机械系统进行有限元分析时,如何在不丢失模型重要信息的基础上合理地进行简化,就成为整个分析过程的重点。本课题以纺织机械中的针梳机牵伸箱为例,重点研究了针对复杂机械系统进行模态仿真时的简化方法。文中详细说明了几类典型零件,如板壳类零件、轴类零件、圆盘类零件、圆筒类零件、轴承、连接定位零件等的简化方法,并对其各自的简化方法进行了验证和总结,从而定量地界定了这些方法的合理性范围。此外,还对几种常见的零件特征,如板上的孔、筋板等的处理方式进行了介绍。在此基础上,提出了可适用于大多数复杂机构的整体简化方案,并在HyperMesh和Nastran相结合的有限元软件框架下,建立了牵伸箱整体的有限元简化模型,进行了固有模态仿真分析。本文的研究成果对合理缩减模型的计算规模,有效提高有限元分析的工作效率具有十分重要的指导意义。同时,针对复杂机械系统的有限元分析,探索出了一条切实可行的途径。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 有限元法的发展
• 1.1.2 有限元法的特点
• 1.2 有限元技术在复杂机构上的应用
• 1.2.1 有限元技术针对复杂机构的研究现状
• 1.2.2 复杂机构的有限元分析方法
• 1.2.3 现阶段复杂机构有限元分析中的不足
• 1.3 课题任务
• 第二章 有限元分析的理论基础
• 2.1 结构动力学基础知识
• 2.1.1 结构动力学方程
• 2.1.2 结构无阻尼振动方程
• 2.1.3 结构固有频率表达式
• 2.2 模态分析
• 2.2.1 模态分析简介
• 2.2.2 模态分析实特征值的提取方法
• 2.3 HyperMesh和MSC.Nastran软件简介
• 2.3.1 HyperMesh简介
• 2.3.2 MSC.Nastran简介
• 2.4 本章小结
• 第三章 复杂机械系统的简化分析方法
• 3.1 复杂机械系统的有限元分析流程
• 3.2 复杂机械系统——针梳机牵伸箱简介
• 3.3 牵伸箱组成零件的分类
• 3.4 模型简化方法的研究
• 3.4.1 板壳类零件的简化
• 3.4.2 板上孔的简化
• 3.4.3 轴的简化
• 3.4.4 圆盘类零件的简化
• 3.4.5 轴承的简化
• 3.4.6 圆筒类零件的简化
• 3.4.7 筋板的简化
• 3.4.8 连接和定位零件的简化
• 3.5 本章小结
• 第四章 牵伸箱简化模型的模态仿真分析
• 4.1 牵伸箱整体简化模型的建立
• 4.1.1 有限元模型的单位制及全局坐标系
• 4.1.2 牵伸箱模型的整体简化方案
• 4.1.3 牵伸箱中几个特殊零件的简化
• 4.1.4 牵伸箱的有限元简化模型
• 4.2 牵伸箱简化模型的模态分析结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢