机床结构动力边界元建模解析中的关键问题研究

论文摘要

机床结构动态性能的优劣将直接影响零件的加工质量和生产效率，因此在机床设计阶段对其动态特性进行快速、准确的预测不但可以提高设计质量、缩短新产品的试制周期、提高机床产品的一次设计成功率，而且还适应了创新产品试制要求，对提高新产品的市场竞争力具有重要的意义。 由于机床是坐标运动机械，其动态特性主要取决于各组成结构和结合部的动态特性。本文以机床结构中常见的板、梁元件及其相应的组合结构为研究对象，运用动力边界元法(DBEM)围绕机床结构的动态问题来展开研究，论文的具体工作主要包括以下几个方面： (1)通过对机床结构建模过程分析，确定了板元件和结合部模型的动力学建模方法．并基于动、静态基本解建立了板元件结构边界动力学方程。 (2)基于动、静态基本解通过刚性结合条件分别建立了板元件组合结构和筋板结构的边界动力学方程，在此基础上，基于混合基本解建模的方法通过引入柔性结合条件建立了机床结构的边界动力学方程。 (3)针对基于动态基本解的板元件结构数值计算时所遇到的奇异积分和角点问题进行处理，分别给出了求解奇异积分问题的半解析分离方法和角点问题相应处理方法。 (4)给出了一种求解机床结构频率特性的搜索扫描计算方法和相应振型特性的解析方法，该方法快速、简便，程序容易实现，且具有较好的鲁棒性，尤其对于存在大量结合部的机床结构系统，便于实现微机解析。 (5)基于所提出的机床结构动态特性的建模解析方法，设计出一套可统一处理各结构系统动态特性的数值解法，并编制出相应的解析计算程序，通过算例分析和相应的实验验证，检验了本文方法及程序的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 机床结构动态特性分析方法
• 1.3 动力学建模解析方法的研究概况
• 1.3.1 动力学建模方法的发展现状
• 1.3.2 动态特性解析方法的研究现状
• 1.4 动力边界元法的研究概况
• 1.4.1 动力边界元法建模技术发展现状
• 1.4.2 动力边界元法解析技术研究现状
• 1.5 本文的主要内容
• 1.6 本章小结
• 2 机床结构动力学模型的确立
• 2.1 概述
• 2.2 机床结构动力学建模过程分析
• 2.3 机床结构模型的确立
• 2.3.1 板元件模型的确立
• 2.3.2 结合部模型的确立
• 2.4 本章小结
• 3 机床结构动力学方程的建立
• 3.1 概述
• 3.2 板元件结构的DBEM建模
• 3.2.1 板元件结构动力学微分方程的建立
• 3.2.2 板元件结构边界控制动力学方程的建立
• 3.2.3 小结
• 3.3 组合结构的DBEM建模
• 3.3.1 组合结构建模过程分析
• 3.3.2 刚性结合条件式的建立
• 3.3.3 基于动态基本解的组合结构DBEM建模
• 3.3.4 基于静态基本解的组合结构DBEM建模
• 3.3.5 基于动静态基本解的组合结构DBEM建模
• 3.3.6 筋板结构的DBEM建模
• 3.4 机床结构的DBEM建模
• 3.4.1 结合部特性的引入
• 3.4.2 柔性结合条件关系式的建立
• 3.4.3 机床结构边界动力学方程的建立
• 3.5 本章小结
• 4 机床结构动力学特性解析
• 4.1 概述
• 4.2 元件结构的DBEM解析
• 4.2.1 奇异单元上积分问题的处理
• 4.2.2 系数阵的计算
• 4.2.3 角点问题的处理
• 4.3 机床结构动态特性的DBEM解析
• 4.3.1 频率特性的解析方法
• 4.3.2 振型特性的解析方法
• 4.4 本章小结
• 5 机床结构动态特性解析程序设计与实现
• 5.1 概述
• 5.2 频率和振型特性解析子程序设计与实现
• 5.2.1 求解频率特性的算法设计及程序结构
• 5.2.2 求解振型特性的算法设计及程序结构
• 5.3 元件及组合结构动态解析的子程序设计与实现
• 5.3.1 基于动态基本解元件及组合结构算法设计及程序结构
• 5.3.2 基于静态基本解元件及组合结构算法设计及程序结构
• 5.4 机床结构动态解析的程序设计与实现
• 5.4.1 算法流程
• 5.4.2 程序设计
• 5.5 本章小结
• 6 算例分析与实验验证
• 6.1 板元件结构动态特性解析
• 6.2 板、梁元件组合结构动态特性解析
• 6.3 机床结构动态特性解析
• 6.4 本章小结
• 7 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及参与的科研项目
• 一、攻读博士学位期间发表的论文:
• 二、攻读博士学位期间参与的科研项目: