基于非线性虚拟材料的机械结合部建模及其应用

发布时间：2017-05-31 10:01

  本文关键词：基于非线性虚拟材料的机械结合部建模及其应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：结合部为机床整机提供了超过一半的刚度和大部分阻尼，因此深入研究结合部动力学作用机理，建立适合工程应用的结合部模型显得至关重要。基于分形理论和赫兹接触理论，本文提出一种适合轻载结合部的新型非线性虚拟材料模型，该模型将结合部看做结合部上部分、结合部下部分及中间非线性虚拟材料层三部分组成。与传统模型相比，该模型更为接近结合部作用机理，且应用与工程问题时简便精确。本文主要研究内容如下： （1）利用对数功率谱密度法对粗糙表面轮廓曲线进行计算得出分形维数和分形粗糙度参数。为了研究粗糙表面微凸体平截面积、总弹、塑性平截面积，提出了单位面积比的概念，极大的简化了计算量。 （2）为了探索具有非线性特性虚拟材料在结合部中的特性，建立了结合部非线性虚拟材料模型，推导计算出单位面积上弹性模量、应力与单位面积比的函数关系，并探讨其与分形相关参数的影响规律。该模型的材料非线性体现在两方面：在承受不同预紧力情况下，结合部虚拟材料动态分析表现非线性；在承受特定预紧力情况下，结合部虚拟材料由于应力分布不均导致不同区域弹性模量随之变化，呈现非线性特征。 （3）首次推导出非线性虚拟材料的应力应变曲线。该材料的应力应变曲线表现出的材料特性与常见材料明显不同，该曲线规律进一步验证了推导出的弹性模量和应力非线性的正确性。 （4）由于对称结构试件在表达结合部动态特性方面具有局限性，本文特意设计了具有不对称结构特性的L形试件和框形件。其中L试件为小尺寸双螺栓结构，框形件为8螺栓结构,其尺寸接近于机床结合部尺寸。 本文将建立的结合部非线性虚拟材料模型分别应用在L形试件和框形试件上，将均布预紧力和力偶作用两种情况下试件的有限元模态分析结果与实验结果进行对比，非线性虚拟材料模型误差在0.4%-8%之间，证明该模型具有很高的准确性。
【关键词】：结合部 虚拟材料 非线性 弹性模量 应力 应力应变曲线
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景和研究意义9-10
• 1.1.1 课题的研究背景9
• 1.1.2 课题的研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 分形理论10-11
• 1.2.2 GW 与 MB 模型11-13
• 1.2.3 虚拟材料13
• 1.3 课题来源与主要研究内容13-15
• 1.3.1 课题的来源13
• 1.3.2 主要研究内容13-15
• 第2章 粗糙表面的分形模型15-29
• 2.1 分形维数 D 和粗糙度参数 G15-18
• 2.1.1 功率谱密度法推导 D、G15-16
• 2.1.2 分形参数的计算16-18
• 2.2 分形模型中微凸体的分布规律18-27
• 2.2.1 微凸体平截面积分布函数18-24
• 2.2.2 微凸体平截面积分布算例24-25
• 2.2.3 微凸体分布规律25-27
• 2.3 本章小结27-29
• 第3章 结合部非线性虚拟材料的属性29-49
• 3.1 非线性虚拟材料弹性模量30-36
• 3.1.1 非线性虚拟材料弹性模量的理论推导31-33
• 3.1.2 非线性虚拟材料弹性模型的计算33-34
• 3.1.3 非线性虚拟材料弹性模量的规律34-36
• 3.2 非线性虚拟材料的应力36-44
• 3.2.1 非线性虚拟材料的弹性应力36-39
• 3.2.2 非线性虚拟材料的塑性应力39-41
• 3.2.3 非线性虚拟材料的总应力41-42
• 3.2.4 非线性虚拟材料应力的规律42-44
• 3.3 非线性虚拟材料应力应变曲线44-47
• 3.3.1 应力应变曲线的理论推导44-45
• 3.3.2 应力应变曲线的计算45-47
• 3.4 非线性虚拟材料其它参数47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 非线性虚拟材料模型在 L 试件上的验证49-59
• 4.1 均布预紧力作用下 L 件的实验验证50-54
• 4.1.1 均布预紧力作用下 L 件静力分析50-52
• 4.1.2 均布预紧力作用下 L 试件模态实验及结果对照52-54
• 4.2 力偶作用下 L 试件的实验验证54-58
• 4.2.1 力偶作用下 L 试件静态分析55-57
• 4.2.2 力偶作用下 L 试件模态试验及对照57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 非线性虚拟材料模型在多螺栓组件中的应用59-71
• 5.1 非线性虚拟材料模型在均布预紧力作用下框形件中的应用60-65
• 5.1.1 均布预紧力下框形件静态分析61-63
• 5.1.2 均布预紧力作用下框形件模态实验及结果63-65
• 5.2 非线性虚拟材料模型在力偶作用下框形件中的应用65-70
• 5.2.1 力偶作用下框形件静态分析66-69
• 5.2.2 均布预紧力作用下框形件模态实验及结果69-70
• 5.3 本章小结70-71
• 总结71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文77-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 文志英,井竹君;分形几何和分维数简介[J];数学的实践与认识;1995年04期

2 贾文锋;张学良;温淑花;陈永会;杨波;;基于虚拟材料的结合面建模与参数获取方法[J];太原科技大学学报;2013年05期

  本文关键词：基于非线性虚拟材料的机械结合部建模及其应用，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：409109