試驗?zāi)B(tài)分析在機床結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用
1.3試驗?zāi)B(tài)分析在機床結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用是指用模態(tài)試驗和模態(tài)分析的結(jié)果去解決工程技術(shù) 實踐中遇到的多種動力學(xué)問題。試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)早在三十年代就提出來了，最 早應(yīng)用于航空、造船、航天和建筑行業(yè)中，近年已應(yīng)用于機械制造、生物力學(xué)等 領(lǐng)域。實驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)通過系統(tǒng)辨識理論、模態(tài)分析理論把理論分析和動態(tài)測 試結(jié)合起來，是一種很有實用價值的技術(shù)。五十年代出現(xiàn)了測量機械阻抗的專用 傳感器（阻抗頭）。六十年代中期，隨著跟蹤濾波技術(shù)的突破，出現(xiàn)了以跟蹤濾波 技術(shù)為基礎(chǔ)的“傳遞函數(shù)分析儀”和以數(shù)字相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)的“頻率特性分析儀”， 使穩(wěn)態(tài)正弦激振的測試技術(shù)得到了解決。隨著Cooly和Tukey提出的快速傅里葉 計算方法和計算機技術(shù)的發(fā)展，時序分析技術(shù)、相關(guān)分析技術(shù)和功率譜分析技術(shù) 的應(yīng)用[1°]，出現(xiàn)了許多種性能不斷完善的動態(tài)分析系統(tǒng)，如FFT分析儀、數(shù)據(jù)處 理機以及在軟件和硬件方面都擴展了功能的計算機輔助模態(tài)分析系統(tǒng)。相繼產(chǎn)生 了各種隨機和瞬態(tài)的激振試驗方法，并且基本上解決了瞬態(tài)、隨機激振的測試及 數(shù)據(jù)處理問題。測試技術(shù)的發(fā)展為實驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)造了條件。在試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)的理論分析方面，由于引進了控制理論中的傳遞函數(shù)的 概念，建立了描述系統(tǒng)動態(tài)特性的傳遞函數(shù)和模態(tài)參數(shù)解析的統(tǒng)一理論基礎(chǔ)，使 得模態(tài)分析理論自七十年代以來發(fā)展很快。從實模態(tài)理論發(fā)展到復(fù)模態(tài)理論，出 現(xiàn)了許多種模態(tài)參數(shù)的識別方法。模態(tài)參數(shù)的識別最早是在頻域內(nèi)以圖解的方法 識別，而后發(fā)展為計算機優(yōu)化識別，并且從頻域識別發(fā)展到時域識別，在這一方 面很多學(xué)者做了大量的工作。A.Klosterman，A.Berman 和 W.G.Glannely ,N.Miramand等創(chuàng)造了許多種在頻域內(nèi)識別模態(tài)參數(shù)的方法。R. Potter ,M.Richardson, H.GD.Goyder等提出了頻域內(nèi)的復(fù)模態(tài)參數(shù)識別方法。S. R.Ibrahim等在時域內(nèi)識別系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)方面做了大量的研究工作[11]，于1977 年將其推廣到多自由度系統(tǒng)，用以獲得平衡隨機激振下的多自由系統(tǒng)的自由響應(yīng)， 1985年又提出了省時的節(jié)約時域法STD，在1987年又通過試驗表明該法節(jié)省了 計算機的內(nèi)存，減少了機時，并且減少了用戶的參數(shù)選擇。八十年代以來，新的 識別方法不斷出現(xiàn)，時域法發(fā)展較快，改變了七十年代中期Ibrahim法獨樹一幟 的局面，整體模態(tài)參數(shù)識別方法的研究有了發(fā)展[12],出現(xiàn)了 “多點隨機激振與多 參考點復(fù)指數(shù)識別法”，“******嫡估計法”，“多基準(zhǔn)法”等新的模態(tài)參數(shù)識別方法。模態(tài)分析技術(shù)在結(jié)構(gòu)動力分析和動力設(shè)計中具有十分$要的作用，日益受到 廣泛的重視。目前主要應(yīng)用于三個方面：改善產(chǎn)品的抗振性能，試驗與理論分析相 結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)分析以及結(jié)構(gòu)動力修改。模態(tài)分析技術(shù)的發(fā)展推動了由試驗數(shù)據(jù) 建立系統(tǒng)動力學(xué)模型的方法的發(fā)展。試驗建模的方法可以分為兩類[13]:—類是以 模態(tài)參數(shù)為基礎(chǔ)的辦法；一類是根據(jù)動態(tài)測試數(shù)據(jù)直接識別振動結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)， 建立起系統(tǒng)的動力學(xué)模型。目前，應(yīng)用較多的是以模態(tài)參數(shù)為基礎(chǔ)的方法，它主 要分為兩個步驟，首先根據(jù)試驗數(shù)據(jù)識別出機床結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，然后采用坐標(biāo) 變換法，識別出結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)模型?，F(xiàn)代機床正向著高速度、高精度、高生產(chǎn)率方向發(fā)展，這就要求機床結(jié)構(gòu)必 須具有良好的動態(tài)特性。機床結(jié)構(gòu)的試驗?zāi)B(tài)分析對于研究機床結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性、 了解結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)、對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計具有重要的意義。盡管已經(jīng)有不少大 型商業(yè)化有限元軟件可供選用于對機床進行動態(tài)設(shè)計[14]，但由于機床結(jié)構(gòu)本身是 一個包含多個零部件的復(fù)雜裝配體，內(nèi)部包含了許多零件間的結(jié)合面，以至單純 憑借理論分析方法還是很難準(zhǔn)確建立機床整體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，試驗?zāi)B(tài)分析技 術(shù)恰好可以克服這些理論分析帶來的不便，了解機床整體的動態(tài)特性?，F(xiàn)代信號 測試與分析技術(shù)的發(fā)展以及計算機軟硬件水平的不斷提高，促進了試驗?zāi)B(tài)分析 方法在機床動態(tài)特性研究方面的廣泛應(yīng)用。通過對機床結(jié)構(gòu)進行模態(tài)試驗，并應(yīng) 用先進的計算機輔助測試與分析的手段可以獲得精確的結(jié)構(gòu)動態(tài)特性參數(shù)，如結(jié) 構(gòu)的各階固有頻率、模態(tài)振型[13]。在獲得這些動態(tài)特性參數(shù)的基礎(chǔ)上，能夠直觀 發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，為設(shè)計人員提供結(jié)構(gòu)修改建議、指導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方向， 并且在進行了模態(tài)分析的基礎(chǔ)上還可進行進一步的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析。1976年，J.Tluety等人利用前一種方法建立了五自由度的立銑動力學(xué)模型，模型的分析結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)能夠較好地一致[16]。但是，由于受到激振實驗中能夠 激起的振動模態(tài)較少的影響，試驗建立的機床動力學(xué)模型的階數(shù)相應(yīng)較小，因而 利用低階的動力學(xué)模型是很難真實地模擬理論上具有無限自由度的機床實際結(jié)構(gòu)。 即使模擬結(jié)果真實，低階動力學(xué)模型的優(yōu)化結(jié)果也不容易分配到由較多零部件組 成的機床具體結(jié)構(gòu)中。對于完整模態(tài)，可用坐標(biāo)變換法識別出物理參數(shù)，這種方 法的精度完全取決于模態(tài)參數(shù)的識別精度和矩陣求逆的誤差。1974年，R.M.Mains 和WE.Noonan首先提出了不利用模態(tài)參數(shù)，直接用測試得到的傳遞函數(shù)來識別系 統(tǒng)的物理參數(shù)，這個方法比較簡單，但當(dāng)自由度數(shù)較大時，對于測量數(shù)據(jù)的誤差 十分敏感，較小的測量誤差就會導(dǎo)致很大的識別誤差，雖然可對測量數(shù)據(jù)作平滑 處理和調(diào)整，使識別精度得到提高，但是還需要進一步的完善，隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜性 的增加，一般從試驗數(shù)據(jù)得到的復(fù)模態(tài)更是難以識別[17]。S. Ibrahim在1982年提 出了一個從復(fù)模態(tài)中識別主模態(tài)，進而根據(jù)主模態(tài)識別出結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)方法[18]。 機床動態(tài)特性的試驗研究包括[13][2°][21]:動態(tài)測試、模態(tài)分析、確定薄弱環(huán)節(jié) 以及切削試驗等，根據(jù)需要采取相應(yīng)措施用以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)動態(tài)特性優(yōu)化，是理論分 析和動態(tài)試驗密切結(jié)合的過程。機床動態(tài)特性中起主要作用的是少數(shù)低階模態(tài)， 只要能精確地測試和識別出這些模態(tài)的參數(shù)，就可較精確地反映機床結(jié)構(gòu)的動態(tài) 特性。試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)通過對結(jié)構(gòu)進行動態(tài)試驗，識別結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，建立 模態(tài)模型，用圖形顯示結(jié)構(gòu)振動形態(tài)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際使用情況，找出薄弱的環(huán) 節(jié)，為結(jié)構(gòu)動力修改提供可靠的信息。其分析結(jié)果主要依賴于實際的測試數(shù)據(jù)和 分析手段選擇的合理性。本文采摘自“VMC1060型立式加工中心試驗?zāi)B(tài)分析”，因為編輯困難導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明！