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机床结构动力边界元建模解析中的关键问题研究

方英武  
【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。


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