試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析在機(jī)床結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用
1.3試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析在機(jī)床結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用是指用模態(tài)試驗(yàn)和模態(tài)分析的結(jié)果去解決工程技術(shù) 實(shí)踐中遇到的多種動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)早在三十年代就提出來(lái)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(jī)械制造、生物力學(xué)等 領(lǐng)域,。實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)理論,、模態(tài)分析理論把理論分析和動(dòng)態(tài)測(cè) 試結(jié)合起來(lái)，是一種很有實(shí)用價(jià)值的技術(shù),。五十年代出現(xiàn)了測(cè)量機(jī)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(cè)試技術(shù)得到了解決。隨著Cooly和Tukey提出的快速傅里葉 計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,，時(shí)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(dòng)態(tài)分析系統(tǒng),，如FFT分析儀,、數(shù)據(jù)處 理機(jī)以及在軟件和硬件方面都擴(kuò)展了功能的計(jì)算機(jī)輔助模態(tài)分析系統(tǒng)。相繼產(chǎn)生 了各種隨機(jī)和瞬態(tài)的激振試驗(yàn)方法,，并且基本上解決了瞬態(tài),、隨機(jī)激振的測(cè)試及 數(shù)據(jù)處理問(wèn)題。測(cè)試技術(shù)的發(fā)展為實(shí)驗(yàn)?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(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)的理論分析方面,，由于引進(jìn)了控制理論中的傳遞函數(shù)的 概念，建立了描述系統(tǒng)動(dòng)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(lái)發(fā)展很快,。從實(shí)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(shí)別方法,。模態(tài)參數(shù)的識(shí)別最早是在頻域內(nèi)以圖解的方法 識(shí)別,，而后發(fā)展為計(jì)算機(jī)優(yōu)化識(shí)別，并且從頻域識(shí)別發(fā)展到時(shí)域識(shí)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(shí)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(shí)別方法,。S. R.Ibrahim等在時(shí)域內(nèi)識(shí)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(jī)激振下的多自由系統(tǒng)的自由響應(yīng),， 1985年又提出了省時(shí)的節(jié)約時(shí)域法STD,，在1987年又通過(guò)試驗(yàn)表明該法節(jié)省了 計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，減少了機(jī)時(shí),，并且減少了用戶的參數(shù)選擇,。八十年代以來(lái)，新的 識(shí)別方法不斷出現(xiàn),，時(shí)域法發(fā)展較快,，改變了七十年代中期Ibrahim法獨(dú)樹一幟 的局面，整體模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法的研究有了發(fā)展[12],出現(xiàn)了 “多點(diǎn)隨機(jī)激振與多 參考點(diǎn)復(fù)指數(shù)識(shí)別法”,，“******嫡估計(jì)法”,，“多基準(zhǔn)法”等新的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法。模態(tài)分析技術(shù)在結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析和動(dòng)力設(shè)計(jì)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(gè)方面：改善產(chǎn)品的抗振性能，試驗(yàn)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(dòng)力修改,。模態(tài)分析技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了由試驗(yàn)數(shù)據(jù) 建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的方法的發(fā)展,。試驗(yàn)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(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)直接識(shí)別振動(dòng)結(jié)構(gòu)的物理參數(shù),， 建立起系統(tǒng)的動(dòng)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(gè)步驟,，首先根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)識(shí)別出機(jī)床結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，然后采用坐標(biāo) 變換法,，識(shí)別出結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)模型。現(xiàn)代機(jī)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(jī)床結(jié)構(gòu)必 須具有良好的動(dòng)態(tài)特性,。機(jī)床結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析對(duì)于研究機(jī)床結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性,、 了解結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)、對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)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(duì)機(jī)床進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)[14],，但由于機(jī)床結(jié)構(gòu)本身是 一個(gè)包含多個(gè)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(jī)床整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性,，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技 術(shù)恰好可以克服這些理論分析帶來(lái)的不便,，了解機(jī)床整體的動(dòng)態(tài)特性。現(xiàn)代信號(hào) 測(cè)試與分析技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)軟硬件水平的不斷提高,，促進(jìn)了試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析 方法在機(jī)床動(dòng)態(tài)特性研究方面的廣泛應(yīng)用,。通過(guò)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，并應(yīng) 用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試與分析的手段可以獲得精確的結(jié)構(gòu)動(dòng)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(dòng)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(jì)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(jì)的方向,， 并且在進(jìn)行了模態(tài)分析的基礎(chǔ)上還可進(jìn)行進(jìn)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(dòng)力學(xué)模型,，模型的分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠較好地一致[16],。但是，由于受到激振實(shí)驗(yàn)中能夠 激起的振動(dòng)模態(tài)較少的影響,，試驗(yàn)建立的機(jī)床動(dòng)力學(xué)模型的階數(shù)相應(yīng)較小,，因而 利用低階的動(dòng)力學(xué)模型是很難真實(shí)地模擬理論上具有無(wú)限自由度的機(jī)床實(shí)際結(jié)構(gòu)。 即使模擬結(jié)果真實(shí),，低階動(dòng)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(jī)床具體結(jié)構(gòu)中,。對(duì)于完整模態(tài)，可用坐標(biāo)變換法識(shí)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(shí)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(cè)試得到的傳遞函數(shù)來(lái)識(shí)別系 統(tǒng)的物理參數(shù),，這個(gè)方法比較簡(jiǎn)單，但當(dāng)自由度數(shù)較大時(shí),，對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差 十分敏感,，較小的測(cè)量誤差就會(huì)導(dǎo)致很大的識(shí)別誤差,，雖然可對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)作平滑 處理和調(diào)整,，使識(shí)別精度得到提高，但是還需要進(jìn)一步的完善,，隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜性 的增加,，一般從試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的復(fù)模態(tài)更是難以識(shí)別[17],。S. Ibrahim在1982年提 出了一個(gè)從復(fù)模態(tài)中識(shí)別主模態(tài)，進(jìn)而根據(jù)主模態(tài)識(shí)別出結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)方法[18],。 機(jī)床動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)研究包括[13][2°][21]:動(dòng)態(tài)測(cè)試,、模態(tài)分析、確定薄弱環(huán)節(jié) 以及切削試驗(yàn)等,，根據(jù)需要采取相應(yīng)措施用以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化,，是理論分 析和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)密切結(jié)合的過(guò)程。機(jī)床動(dòng)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(cè)試和識(shí)別出這些模態(tài)的參數(shù),，就可較精確地反映機(jī)床結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài) 特性。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn),，識(shí)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(dòng)形態(tài),，根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用情況,，找出薄弱的環(huán) 節(jié)，為結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改提供可靠的信息,。其分析結(jié)果主要依賴于實(shí)際的測(cè)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(yàn)?zāi)B(tài)分析”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù),、表格,、圖片、內(nèi)容無(wú)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(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明,！