一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法技术

一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法。包括以下步骤：S1.建立结构体有限元模型和油膜流场的有限元模型；S2.计算槽内油压作为油垫的初始内边界条件；S3.推导偏微分控制方程的等效积分弱形式及其相应的边界条件；S4.建立流固耦合计算模型；S5对FSI有限元模型进行求解；S6.计算出各节流孔后对应的压力(P

【技术实现步骤摘要】
一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法


[0001]本专利技术属于超精密装备制造
，具体涉及一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法。

技术介绍

[0002]静压导轨常用于精密进给驱动系统，在超精密机床上将刀具或工件定位到所需的位置。静压导轨具有高刚度和低阻尼的性能，可为超精密机床提供超精密运动。此外，液体静压导轨与传统滚动导轨相比具有低摩擦、承载大、直线精度高、无磨损、运动平稳无爬行的优势。
[0003]在超精密加工中，切削系统整体回路刚度对被加工零件的加工精度和表面质量有显著影响。在大多数情况下，静压导轨在设计阶段假定为刚体，没有任何结构变形。然而，实验测得的刚度与理论预测的刚度存在较大差异，这主要是由结构变形引起的流固相互作用(FSI)效应引起的。油膜受压引起固体结构变形，改变了油膜厚度和油垫上的压力分布，油膜厚度的变化对静压导轨的静力性能有很大影响。因此，在建模时应合理考虑FSI效应。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有考虑结构变形的静压导轨设计方法在计算上难以收敛以及需要对固体变形和流场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.根据液体静压导轨结构参数建立结构体有限元模型和油膜流场的有限元模型，并对油膜的有限元模型进行预处理；S2.采用集总法计算槽内油压作为油垫的初始内边界条件，油垫的外边界条件始终设置为大气压；S3.推导偏微分控制方程的等效积分弱形式及其相应的边界条件，并进行有限元离散化；S4.求解变形场和压力场相关的残差向量，采用Newton
‑
Raphson迭代算法求解其切向刚度矩阵，建立流固耦合计算模型；S5对FSI有限元模型进行求解；S6.计算出各节流孔后对应的压力(P
ao
)；S7.将压力(P
ao
)与最后给定的凹槽油压(P
op
)进行比较，如果两者之间的差值大于收敛值，迭代过程将生成新的P
op
并更新有限元模型油垫内部边界条件，有限元模型的下一步计算将继续进行，直到P
ao
与P
op
的差值满足收敛条件，整个迭代计算结束。2.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法，其特征在于：所述S2的具体方法为：液体静压导轨整个固体域的边界条件由以下三组关系表示：在固体位移边界上有在固体的力边界上有在固液交界面上有σ
·
n
s
＝
‑
Pn
f
上式中，u为位移边界条件，为牵引边界条件；流体域的边界条件表示为：在出口处有P＝P
d
在与空气接触的表面上有P＝P0在固液交界面上有Pn
f
＝
‑
σn
s
其中：n
f
为流体边界单位外法线向量，n
s
为固体边界外法线单位向量，在固液交界面上任一点处，n
f
和n
s
方向相反，P
d
与P0分别代表油腔压力与大气压。3.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法，其特征在于：所述S3的具体方法为：根据雷诺...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，谷东运，吴言功，乔政，丁飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：