一种利用频响函数指标辨识二维梁结构刚度薄弱环节的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用频响函数指标辨识二维梁结构刚度薄弱环节的方法。该发明专利技术解决了对组合机床结构刚度薄弱环节辨识的一个关键技术问题。考虑了能等效为二维梁结构的机床结构，以梁结构有限元模型为数值算例，利用状态空间法获取各测点的动态测试数据，该方法利用频响函数包含结构信息的丰富性和刚度薄弱位置相对于相邻位置刚度的变化来建立频响函数的指标。采用单元弹性模量E的减弱来模拟刚度薄弱环节，研究了梁结构单个单元和两个单元的刚度减弱和噪音参与的情况下频响函数指标的评估效果。该方法克服了有限元分析中结合面建模不准确问题，也能克服Update方法中算法收敛和盲目性问题，同时便于工程应用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用频响函数指标辨识二维梁结构刚度薄弱环节的方法
本专利技术提出了基于动态测试法并利用频响函数的新指标来辨识二维梁结构刚度薄弱环节的新方法，属于机械振动测试领域。
技术介绍
机床优良的加工性能与其刚度特性紧密相关。机床刚度不足会引起机床加工过程中的变形和振动，这不仅会影响机床加工的各项精度和工件的表面质量，而且还会降低生产效率和刀具的耐用度，甚至会降低机床的使用寿命。因此在生产过程中就需对机床刚度薄弱环节有充分的了解，以便在最薄弱环节增加刚度。现有辨识机床刚度薄弱环节的方法主要是静刚度法与动刚度法。静刚度法又分为两种，第一种是静刚度测试法，主要是对机床的关键部位进行载荷施压，测量出机床各个结构的变形量，通过选取折算中心，计算出变形量最大的结构，即为机床刚度的薄弱环节。这种方法是通过施力物体对机床的关键部位施加静力载荷，利用千分表或者电涡流传感器记录位移量。这两种测试位移量的方法均需要选取测试参考点以及固定测试装置的夹持装置，但在实际测量过程中由于机床结构的复杂性，夹持装置难以找到合适的位置安装，而且选取的参考点也容易发生变形。第二种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用频响函数指标辨识二维梁结构刚度薄弱环节的方法，其特征在于，实现过程如下：/n步骤一 建立梁结构的有限元模型/n机床是一个质量连续分布的弹性体，具有无限多个自由度，但在动态分析中，可以根据机床的具体结构，将机床离散成若干个集中质量的子结构，子结构之间由等效弹簧和等效阻尼器联接，构成一个动力学模型；文中考虑能等效为二维梁结构的机床结构；其中，可将子结构之间的连接件等效为梁结构刚度薄弱区，区域a、b、c和d分别表示子结构1、2、3和4中不含节点的区域，区域b

【技术特征摘要】
1.一种利用频响函数指标辨识二维梁结构刚度薄弱环节的方法，其特征在于，实现过程如下：
步骤一建立梁结构的有限元模型
机床是一个质量连续分布的弹性体，具有无限多个自由度，但在动态分析中，可以根据机床的具体结构，将机床离散成若干个集中质量的子结构，子结构之间由等效弹簧和等效阻尼器联接，构成一个动力学模型；文中考虑能等效为二维梁结构的机床结构；其中，可将子结构之间的连接件等效为梁结构刚度薄弱区，区域a、b、c和d分别表示子结构1、2、3和4中不含节点的区域，区域bn表示节点的区域；
1.1二维梁单元
二维梁单元用线性函数进行描述；每个梁单元有两个节点，每个节点有两个自由度，系数有弹性模量E、横截面积A、惯性矩I和长度L以及所选材料密度ρ，梁结构的单元刚度矩阵k与单元质量矩阵m如下：






式中：k(1,1)～k(4,4)、m(1,1)～m(4,4)为单元刚度矩阵k和单元质量矩阵m中对应位置的元素，如k(2,3)为单元刚度矩阵第二行第三列的元素，m(3,4)为单元质量矩阵第三行第四列的元素；
A.1.2矩阵组装
结构的整体刚度矩阵和整体质量矩阵是由结构每个单元的刚度矩阵与质量矩阵叠加而成；令K为梁结构的整体刚度矩阵，M为梁结构的整体质量矩阵，则






式中：k(3,3)+k(1,1)、k(3,4)+k(1,2)、k(4,3)+k(2,1)与k(4,4)+k(2,2)为两个梁单元同一节点的刚度阵叠加，m(3,3)+m(1,1)、m(3,4)+m(1,2)、m(4,3)+m(2,1)与m(4,4)+m(2,2)为两个梁单元同一节点的质量阵叠加；
1.3建立状态空间模型
多自由度梁结构的振动方程为



式中：M、C、K为系统的整体质...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭铁能，周成，彭立伟，孟令军，华旭，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11