全陶瓷主轴-轴承单元的动力学研究

目的研究全陶瓷电主轴预紧力与固有频率的关系,为优化预紧力提供软件分析模型.方法应用赫兹理论计算出在全陶瓷角接触球轴承预紧后的接触应力,接触变形和静接触刚度的数值解,同时在改进传统的弹簧阻尼式主轴动力学软件仿真分析模型的基础上,计及轴承预紧后轴承的静接触刚度,以全陶瓷主轴-轴承单元为研究对象进行有限元结构分析,所得结果通过赫兹计算分析的数值解矫正,分析其动力学特性.结果全陶瓷主轴-轴承单元模型通过模态分析所得三阶固有频率和振型与模态实验分别相差19.59%、1.27%、16.06%;而电主轴传统分析模型所得三阶固有频率和振型与锤击实验分别相差24.39%、14.47%、33.78%.结论通过实验数据验证,全陶瓷主轴-轴承单元模型在分析全陶瓷电主轴动力学特性上更接近模态实验的结果,能够得到更为准确的固有频率和振型.     

高速电主轴动态特性仿真分析

在有限元软件ANSYS中对某高速磨削电主轴直接进行动力学有限元三维建模,并通过对模型较精确的单元网格划分,利用ANSYS结构动力学模块对电主轴的主轴部件进行模态分析和谐响应有限元仿真,计算了主轴前六阶的固有频率、临界转速和振型等动态特性,并进一步对主轴前端面的动态响应位移做了研究分析,结果验证了主轴结构设计的合理性,同时也为电主轴更深层的动态特性分析提供了重要参考。     

陶瓷轴承电主轴的模态分析及其动态性能实验

目的 通过对实验室高速精密磨床用陶瓷轴承电主轴的动态特性的研究,验证电主轴结构设计的合理性.方法 在Ansys中建立了相应的轴承-主轴系统三维有限元模型,采用了Subspace模态提取法对主轴部件进行模态分析,计算主轴前5阶固有频率、振型和临界转速,并利用锤击法对陶瓷轴承电主轴进行动态响应实验.结果 Ansys的模态分析法得出的固有频率与动态响应实验得出的频率基本一致,主轴工作转速远离其临界转速,能有效避开共振区,保证了磨床的磨削精度.结论 通过模态分析法,可以看出Ansys对电主轴的动态仿真和计算有一定的指导意义.也为下一步的谐响应分析打下基础.     

加工中心电主轴动力学分析理论建模与实验研究

电主轴作为加工中心赖以实现高速精密加工的核心功能部件,其动态性能的高低决定了机床的整体发展水平。传递矩阵法是目前转子动力学分析建模最有效的数学方法。本文基于传递矩阵法对加工中心电主轴进行动力学分析,并基于MATLAB进行了实例的数值计算,最后利用物理模态实验验证了该数学模型的有效性。得到以下结论：（1）第1阶固有频率的误差约为1.2%,但是第2阶固有频率相差较大,达到12.9%;误差较大的原因是传递矩阵法属于集中质量理论,原本连续的模型被离散后,高阶频率的计算误差较大,因此该模型对于求解低阶模态参数是可靠的;（2）传递矩阵法在建立的简化模型忽略了螺钉孔和键槽等不对称细节,因此传递矩阵法得到的固有频率要比物理实验少,即得不到对称振型。     

基于传递矩阵与有限元法对陶瓷电主轴转子动态特性的分析

目的求解170SD30-SY无内圈陶瓷电主轴转子的固有频率,分析转子动态特性．方法利用Prohl传递矩阵法、有限元法对陶瓷电主轴转子进行了固有频率的计算和仿真分析,并绘制位移与频率、刚度与频率曲线,对陶瓷电主轴转子动态特性进行分析．结果通过Prohl传递矩阵法求解的结果与有限元仿真结果对比,固有频率误差最大为12％,有限元分析得出转子前四阶振型,主轴前端振动范围及刚度与固有频率的变化趋势,从而便于研究预紧与振动之间的关系．结论通过计算与仿真验证,证实两种方法的可行性及有限元法便于求解分析,得出陶瓷电主轴的固有频率高于普通钢轴,增加刚度有利于固有频率的提高,为陶瓷电主轴转子的动态特性分析提供充分依据．     

基于损耗实验的电主轴温度场分析

目的分析高速电主轴温度场分布情况,为研究高速电主轴温升、热变形预测提供理论依据．方法建立高速电主轴1／4三维有限元模型,基于损耗实验计算主轴电机及轴承生热率前提下分析高速电主轴温升分布情况．通过电主轴测试系统建立温升实验,测量高速电主轴外壳不同部位温升验证有限元仿真结论．结果仿真结果表明：高速电主轴稳态温度场中转子处温度最高,温度为84．40C;高速主轴壳体最高温升出现在电主轴轴头处,温升为23℃,与实验结果相比误差为8．6％．结论通过分析温升仿真和实验得到高速主轴外壳不同部位温升不同,外壳温度变化是一个非线性变化过程,前2000s温度快速升高,2000s后温度逐步稳定．此结论为有效控制高速主轴温升,减小主轴变形及提高主轴精度提供理论基础．     

150MD24Y20高速电主轴热特性分析

目的分析电主轴热变形产生及分布,为研究电主轴热误差,提高主轴加工精度提供理论依据.方法基于电主轴稳态温度场分布,采用ANSYS顺序耦合理论,分析高速电主轴热变形分布情况.通过电主轴测试系统建立热变形实验,测量高速电主轴工作端热变形,验证有限元仿真结果.结果仿真结果表明:随着电主轴速度增高,主轴热变形和温升也越来越大.电主轴在热稳态下,沿着轴向伸长而径向弯曲变形.结论当主轴材料一定,热变形与速度几乎呈线性关系,同时,主轴温升越大,热变形越大.此结论为有效控制主轴热变形,减小热误差及提高主轴稳定性提供理论基础.     

混合预紧下高速电主轴涡动频率的理论研究

为了有效预测并控制高速电主轴的支撑刚度和临界转速,建立了角接触球轴承在混合预紧机理下的数值计算模型,对主轴系统进行有限元建模,耦合轴承组模型与转轴模型构成转轴-轴承模型.通过对整体模型计算获得主轴系统的动态特性参数,将结果反代入整体模型,进而进行循环迭代,从而研究主轴涡动频率.制定转轴-轴承模型动力学计算流程,研究了电主轴在不同工况下轴承支撑刚度和涡动频率等动态特性.理论计算结果表明:与传统计算方法相比,所建模型计算电主轴在高速运转时的动态特性具有更高精度.采用合理的预紧方式和预紧力有利于提高主轴系统在高速运转时的临界频率.     

磨齿机电主轴热特性及热误差建模

针对磨齿机在磨削加工时,电主轴存在热致误差等问题,提出基于模糊神经网络（FNN）建立电主轴热误差模型的方法.分析电主轴内部的热生成和热传递机理,得到内部的传热规律.通过计算热载荷和边界条件,利用有限元分析（FEA）软件对电主轴系统的温度场和热变形进行数值模拟,得到电主轴系统中温升和热变形最大的部位.通过电主轴热误差实验获得温度和热变形数据,分别训练模糊神经网络和BP神经网络,建立温度场和热变形之间的热误差模型,对主轴热误差进行预测.结果显示：在电主轴径向热误差预测模型中,模糊神经网络模型和BP模型的建模精度分别为96.74%和89.77%.这表明模糊神经网络模型建立的热误差模型,在拟合和预测精度上优于BP神经网络模型.     

基于Kriging模型的主轴箱多目标尺寸优化

以自研五轴工具磨床为研究对象,利用Inventor建立其三维模型,导入ANSYS Workbench建立其整机有限元模型,通过对整机的模态分析与谐响应分析确定主轴箱为影响整机动态特性的关键部件。对主轴箱进行静动态特性分析,以主轴箱1阶固有频率、几何质量与最大变形量为目标函数,以主轴箱各壁厚以及斜度等为设计变量,基于Kriging法建立其响应面模型,对其进行多目标优化,从而得出最优Pareto解集,最后对优化后主轴箱进行验证。结果表明：主轴箱的1阶固有频率从113.03 Hz提升至144.50 Hz,提升了27.84%,几何质量减少了3.83%,最大变形量减少了10.31%,主轴箱综合性能显著提高。     

垂直波纹管(余弦型)冷凝传热研究——波谷区冷凝液流动的有限元解及传热计算

本文提出了在余弦型波纹表面上进行冷凝传热的一个新物理模型。对波纹表面上的冷凝液流动用有限元方法作了精确数值解,求得了二维速度分布及冷凝液体积流动速率以及平均传热膜系数。提出了临界管长的一种计算方法,由所得值进行的传热计算结果与实验值比较接近。     

RANDOM MICROSTRUCTURE FINITE ELEMENT METHOD AND ITS VERIFICATION FOR EFFECTIVE PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS

The present study aims at developing a new method--Random Microstructure Finite Element Method (RMFEM) for the effective properties of com posite materials.In this method, a random microstructure model is used to simulate the microstructure of the real composite materials.The physical fields in such a random microstructure model under specified boundary and initial conditions are analyzed by finite element method.The effective properties of composite materials can be obtained from the analysis results.As verification, some effective properties of composite materials, such as elastic module.thermal expansion coefficient, thermal conductivity and elastoplastic properties,are investigated by random microstructure finite element method.The numerical results are given together with the experimental data.It is revealed that the random microstructure finite element method is a very valid method for the determination of the effective properties of composite materials.     

离心钢管混凝土轴压构件的有限元分析

为进一步研究离心钢管混凝土构件的作用机理，在钢-混凝土组合结构滑移试验结果的基础上，提出考虑滑移影 响的离心钢管混凝土（CCFT）轴心受压极限承载能力的三维有限元模型.该模型采用非线性弹簧单元来模拟钢管与混凝土 接触面处的三向滑移，同时在计算模型中分别反映出了离心混凝土与钢管的非线性特性，对CCFT轴心受压构件在轴向荷 载作用下极限承载能力进行了分析，得到了离心钢管混凝土在轴压状态下结构、钢管与离心混凝土的全过程曲线，计算 结果表明：理论结果与试验结果吻合良好，同时模型能很好地模拟钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互间的黏结作 用机理.     

非轴对称盒形件拉延初期凸缘部分变形的有限元分析

本文利用弹塑性有限元法分析计算了非轴对称件拉延初期凸缘部分的变形,得到了主应力指向,金属流动规律,塑性区的扩展和应力应变分布。为了验证有限元计算,将所得结果与密栅实验进行了比较,取得了一致的规律性。     

空间机器人碳纤维机械臂动态设计的初步优化法

为适应空间机器人特殊的工作环境,本文依据优化设计理论,采用结构有限元分析方法,并与结构优化设计理论结合,对空间机器人碳纤维机械臂有限元数值分析的结果,进行结构优化分析和设计,获得了优化结构;随后,对碳钎维臂的不同铺层厚度以及同一厚度的纤维不同铺层角度的结构受力情况进行了详细的数值计算分析,得到较理想的机械臂的纤维铺层方法和铺层厚度。     

小支柱簇双层瓦推力轴承热弹流润滑性能分析

对Alstom公司三峡小支柱簇双层瓦试验推力轴承进行了热弹性流体动力润滑性能有限元分析。采用推力轴承润滑计算的有限元程序，并借助结构有限元程序ADINAT、ADINA的热传导和热弹变形分析功能，形成了一套完整的推力轴承热弹流动力润滑性能分析软件。物理模型包括润滑油膜、推力轴承和镜板推力头。对三峡试验推力轴承性能的计算结果和测量结果进行了对比分析。分析结果表明，计算结果和实测的结果吻合，试验模型使用的小支柱簇双层瓦可有效地控制瓦的热弹变形，进一步优化小支柱的弹性，还可补偿镜板的大部分变形。     

基于ALGOR分析平台的电动直立床受力性能研究

电动直立床广泛应用于康复行业中,对于患者的恢复训练起到了重要作用。文章利用大型ALGOR有限元分析软件对创新设计的电动直立床进行了有限元物理性能分析,得到了电动直立床极限位置的场量分布情况,根据分析结果得出电动直立床结构设计的合理性,可为电动直立床实际生产提供一定的理论依据和参考。     

半刚性节点单层球面网壳的弹塑性稳定性分析

为了研究半刚性节点单层球面网壳的稳定性能,提出其适用的分析方法,利用大型有限元软件ANSYS建立螺栓球节点的实体模拟方法和半刚性节点单层球面网壳的数值模型.通过试验数据与数值分析结果的比较,证明方法的可行性,进而模拟工程中常用的螺栓球节点,求得其弯曲刚度,对30 m跨度的螺栓球节点单层球面网壳进行稳定性分析.结果表明:节点的弯曲刚度不同时,网壳的稳定性能及其失稳模态变化明显;节点的扭转刚度和节点域不同时,网壳的稳定性能基本没有变化;荷载分布不同时,网壳的稳定性能发生改变.节点的弯曲刚度和不同的荷载分布形式是影响单层半刚性球面网壳稳定性能的重要因素.     

直板手机跌落破坏数字化分析研究

自由跌落响应是电子产品环境试验的一个重要试验项目,多在产品开发后期进行。随着数字化技术的发展,可在产品设计阶段建立其有限元模型,通过模拟仿真分析得到产品各个零部件在跌落过程中的跌落响应和易产生缺陷的部位。本文结合某款直板手机,研究了跌落对手机外壳、屏幕等零部件的影响,并提出了改善措施。这对于更快捷地改善手机结构的合理性,减少整机物理样机实验次数,缩短产品研发周期有着重要的意义。     

Quasi-distribution appraisal about finite element analysis of multi-functional structure made of honeycomb sandwich materials

A new appraisal method (QDA, quasi-distribution appraisal) which could be used to evaluate the finite element analysis of multi-functional structure made of honeycomb sandwich materials is developed based on sub-section Bezier curve. It is established by simulating the distribution histogram data obtained from the numerical finite element analysis values of a satellite component with sub-section Bezier curve. Being dealt with area normalization method, the simulation curve could be regarded as a kind of probability density function (PDF), its mathematical expectation and the variance could be used to evaluate the result of finite element analysis. Numerical experiments have indicated that the QDA method demonstrates the intrinsic characteristics of the finite element analysis of multi-functional structure made of honeycomb sandwich materials, as an appraisal method, it is effective and feasible.