机床CAE建模方法及动态特性分析(4)

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在生产实际中影响机床加工精度和生产率的主要原因之一就是机床的振动。为了保证机械加工的精度和效率，必须对机床的振动所产生的原因和过程有深入的理论研究。研究表明，机床发生震动的主要原因之一是切削力的非线性以及机床结构的动态特性。而结合面的动态特性又决定了机床结构的动态特性。因此，为了改良机床的震动问题，要提高机床的生产率和加工精度，结合面的动态特性分析是最重要的一环，特别是结合面的固有频率特征，因此可以说结合面的动态特性的研究将会为机床非线性震动理论的研究做出重要的贡献。

总之，结合面特性的研究无论是理论上还是实际应用上都具有十分重要的意义。

1.3.1 结合面动态特性的影响因素

结合面处具有非常复杂动态特性，影响结合面动态特性的因素很多，而且大多不是线性因素，而工作状况和使用环境的多样化，更使问题更加复杂化。为了便于分析研究，我们可以根据影响因素的不同特征大体将他们分为三大类：

（1）与结合面结构有关的因素，例如，结合面的使用功能、结合面的物理结构、结合面的类型、结合面的尺寸等。

（2）与结合面工作状况有关的因素，例如，结合面初始状态下的面压力(指法向面压)、结合面的结合状态、结合面的振动频率、结合面的相对振动位移(幅值与相位)、以及结合面的润滑情况等因素。

（3）与结合面的固有特性相关的因素，例如，结合面的材质、结合面处材料的热处理情况、结合面的加工方法、结合面的表面粗糙度和形状误差等。

在以上的影响因素中，有些影响因素还会彼此相互影响。其中有些影响因素是与结合面物理结构有关，有些则是和结合面的工作状况有关，而有些因素和两方面都有关必须同时考虑进来。其中，与结合面结构有关的影响因素可在设计阶段进行分析并改进，而与结合面工作状况以及结合面固有特性相关的因素则在基础特性参数分析是进行考虑，在对结合面微观机理的研究中或实验过程中可以获得相应的信息。

1.3.2 结合面动态特性研究的理论和基本思想

（1）有限元分析理论

有限元法是一种比较新颖和有效的数值计算方法，是随着计算机技术的发展而发展起来的。有限元法大约起源于20世纪50年代，1943年R.Courant在求解扭转问题时为了表现出翘曲函数的特征而将截面分成若干个三角区域，在各个三角区域内设置一个线性的翘曲函数，这实质上就是有限元法的基本思想（对于兹法的推广），但是由于当时没有一个合适的应用载体，知道电子计算机出现以后有限元的思想才开始真正应用于工程实际中。20世纪50年代随着航空工业飞速发展，迫切需要一个能够对产品进行模拟的平台，美国波音公司的专家首次采用三节点三角形单元，将矩阵位移法应用到平面问题上。1960年美国的R.W.Clough教授在一篇题为《平面应力分析的有限元法》的论文中首次使用“有限单元法”这一词。20世纪六七十年代至今有限单元法得到了迅速的发展，有限元法的理论研究也一直在进行着。

（2）有限元法的基本思想

有限元法基本思想是将物体（即连续的求解域）离散成有限个并且按一定方式连接在一起的单元的，来模拟或逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的一种数值分析法。物体被离散后，通过对其中各个单元进行分析，最终得到对整个物体的分析。有限单元法作为数值分析方法的重要特点是利用在每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。源`自,751`.论"文'网[www.751com.cn