引入各向同性虚拟材料的固定结合部模型

为提高整机的建模精度,提出利用各向同性虚拟材料假设的机床固定结合部动力学建模的解析法.将固定结合部的两个接触面的微观接触部分假设为一种虚拟的各向同性材料,虚拟材料与固定结合部两侧的零件皆为固定连接.通过增加一个元件可将含结合部的复杂部件等效为不含结合部的简单零件,达到将复杂的固定结合部问题简单化的目的.考虑固定结合部法向和切向特性的相互影响,应用赫兹接触理论和分形几何理论推导虚拟材料弹性模量、泊松比、厚度、密度等参数的解析解.将虚拟材料参数的解析解导入到有限元软件中,可获得整机的理论模态.对实验试件的理论模态与实验模态进行比较（相似振型定性比较,相应的固有频率定量比较）.比较结果表明：理论模态与实验模态的前6阶振型一致,理论模态与实验模态前6阶固有频率的相对误差在-8.1％～8.1％之间.验证虚拟材料参数解析解的有效性,虚拟材料模型可为计算机数控机床固定结合部的精确动力学建模提供一定的理论基础.

基于各向同性虚拟材料的固定结合面修正模型

为提高固定结合面的建模精度,建立了基于各向同性虚拟材料的固定结合面修正模型。根据弹性模量和切变模量的本质属性,对各向同性虚拟材料法中等效微凸体弹性模量和切变模量的求解原理进行了修正,并在此基础上通过加权方法推导了各向同性虚拟材料弹性模量和切变模量的表达式。利用修正后的各向同性虚拟材料模型和有限元软件对含有固定结合面的框形结构进行模态分析,得到框形结构的前6阶理论模态。将理论模态和实验模态进行比较,结果表明:理论模态与实验模态的前6阶振型一致,前6阶固有频率相对误差的绝对值在10%以内,验证了修正模型的有效性。

机床螺栓固定结合面动态参数识别与实验验证

针对各向同性虚拟材料模型不能准确表征螺栓固定结合面法向和切向的性能差异的问题,以机床立柱-床身螺栓固定结合面为研究对象,采用横观各向同性虚拟材料对机床螺栓固定结合面进行动力学建模,通过试验设计和有限元分析构建机床螺栓固定结合面的径向基函数神经网络模型。结合模态试验结果构建寻优目标函数,并利用粒子群优化算法进行求解,识别出横观各向同性虚拟材料弹性常数。结果表明:实验模型的理论模态与实验模态前六阶振型基本一致,固有频率的误差小于5.1%,说明了该方法的有效性,为机床螺栓固定结合面参数识别提供了一种新方法。