基于ANSYSWorkbench的大型数控龙门铣镗床床身静动态特性分析
第12卷第1期2012年1月1671—1815（2012）01-0180-05
科学技术与工程
Science Technology and Engineering
Vol.12No.1Jan．2012 2012Sci.Tech.Engrg.
仪表技术
基于ANSYS Workbench 的大型数控龙门
铣镗床床身静动态特性分析
张
强
1
尹志宏
1*
张明旭
2
李晓园
1
徐凯
1
（昆明理工大学机电工程学院1，昆明650093；沈机集团昆明机床股份有限公司技术中心2，昆明650203）
摘要对某大型数控龙门铣镗床床身的结构特点和受力情况进行了分析。在此基础上以ANSYS12．1Workbench 为平台，用
有限元方法对该床身进行了静力学和模态分析，并在不同约束条件下对比了床身的静力学变形和模态。分析结果表明该机床床身静力状态下变形较小，低阶模态频率较高，符合使用要求；但结构较为厚重，优化空间较大，可进行进一步优化。关键词
床身
有限元静力学
模态
中图法分类号
TH123；
文献标志码
A
2011年10月8日收到，10月20日修改第一作者简介：张
强（1983—），山西人，男，硕士研究生，研究方向：
机电系统动力学。E-mail ：sxndzq@163．com 。*
通讯作者简介：尹志宏，（1962—），男，教授，研究方向：系统动力
学。E-
mail ：yzh_kun@sina．com 。近年来，随着科学技术的发展和计算机更新换代的加快，国内设计领域正在逐步由传统设计向现代设计过渡，这在机床行业表现的尤为突出。目前，
国内机床结构件的一般设计过程为：根据设计要求进行半经验半理论的传统设计，在此基础上完成三维CAD 绘图，然后对初步设计进行CAE 分析，进而根据分析结果进行再设计（优化）；如此反复，直至性能达到要求，最后进行制造。在进行CAE 分析时，如何根据结构的不同特点选取与之匹配的现代设计方法、
评价参数和分析软件对设计进行评价、为优化提供依据，从而有效提升产品质量，成为近年来研究的热点
［1—4］
。
机床床身结构是机床的关键部件之一，其静动态特性对机床的加工精度和效率起着至关重要的影响。床身的静动态性能集中体现在静力学性能和低阶模态特性上。因此，以大型CAE 分析软件ANSYS12．1Workbench 为平台，用有限元的方法对用传统设计法设计的某大型数控龙门铣镗床床身进行了静力学性能分析和模态分析。因为该机床床身相对独立，分析的结论较为精确地反应了该床身整体性能，为评价和进一步优化提供了有力依据。
1结构特点及受力分析
在分析之前，要搞清楚该机床床身本身的结构
特点及其与外界是如何连接的，从而得出正确约束和受力，进而为有限元分析前处理提供正确的初始条件
。
图1
床身结构示意图1
1．1结构特点
该机床床身底部两侧与地面用螺栓连接，上部
固定有2根直线滑轨，
2根导轨通过10个滑块与工作台连接，
结构示意如图1、图2所示。床身内部为纵横交错筋板结构，筋板数量为3行?9列，每块筋板上均开有方孔
。
图2床身结构示意图2
1．2受力分析
床身底部与地面用螺栓连接，因此底部螺栓连
接处受到全约束。床身在静力状态下工作时，除自身重力外，还受到其上2根滑轨、10个滑块、工作台、加工工件的重力作用。从床身结构示意图中可以看出，
由于只有滑轨直接与床身接触，因此，床身承受均布压力P C 可用式（1）计算。
P C =
F C A C
=
（M HG +M LJ +M HK +M GZT ）g
A C （1）
式（1）中：M HG —两根滑轨质量；M LJ —加工件质量；M HK —10个滑块质量；M GZT —工作台质量；g —重力加速度；A C —滑轨与床身接触面积即床身承力面积。
2有限元模型的建立
利用ANSYS12．1Workbench 和三维软件Pro /E
良好接口关系，首先在Pro /E4．0中建立三维模型，在构造三维模型时，要将模型进行一定的简化，即忽略小的倒角、圆角和对结构性能影响不大的小尺寸
［5，6］
，然后直接导入ANSYS12．1Workbench 中，从
而完成几何模型的转换。
选用Workbench 中Static Structure （ANSYS ）模块进行有限元模型的进一步建立。首先定义材料属性，在Engineering Date 中定义材料属性，该机床
床身材料为灰铸铁，密度为7．2?103kg /m 3
，弹性模量为1．38?105
MPa ，泊松比0．25。
定义完材料属性后，在model 子模块中进行网格划分。划分时，充分利用Workbench 对大部件的自动划分功能。对于较复杂的结构，该软件一般采用solide187单元，该单元为四面体结构，其上共有10个节点，属于较高精度的单元，单元模型如图3所示。为保证划分网格的质量，还要结合该机床床身尺寸，将单元尺寸限定在35mm 以内。经过上述步骤，
使得该机床床身划分后，既满足结果精度要求，又不至于使计算量过大
。
图3
solide187单元模型图
划分完成后，就建立起了该床身有限元的模型。本机床床身模型共划分单元数137770个，节点数248657个，有限元模型图如图4所示
。
图4
床身有限元模型图
3静力学分析
床身静力学性能主要是考虑在最大外载荷的
情况下，床身的变形能力，即静刚度。3．1
施加载荷和约束
对已经建立起来的有限元模型进行前处理即施加载荷和约束：首先，
按照公式1计算出床身承受的均布压力，本机床工作台承重最大为20t 。在计算时，
要保证加载最大的质量，使作用力最大。经计算，
此压力为0．5161MPa 。将此压力施加在床身承力面积处。其次，
加载床身自身的重力作用。最后，施加边界条件和约束，对于该床身而言，将床身底部螺栓连接处固定约束处理即可，
该床身底部共有20个固定螺栓，较为密集，因此可将约束面积简化在宽度为100mm 的长条面积上。床身受力和约束示意如图5、
图6所示
。图5
床身受力示意图
1
811期张强，等：基于ANSYS Workbench 的大型数控龙门铣镗床床身静动态特性分析
3．2求解
经过正确的前处理，加载合适有效地约束和作用力，即可进行求解。求解得出的总变形量最大值为4．8658?10－3mm、平均（von-Mises）应变最大值为1．5548?10－5、平均（von-Mises）应力最大值为2．1456MPa，总变形图、平均应变图、平均应力图如图7、图8、图9所示。
4模态分析
模态是动力学性能的重要参数之一，在现代设计中占有重要地位。就床身而言，其低阶频率的高低将直接影响该部件的性能。为了保证模态数据和实际工况的一致性，进行模态计算时，要将实际状态下约束要素施加在床身上。
在ANSYS12．1Workbench平台中，利用Modal （ANSYS）模块及Static Structure（ANSYS）
模块中建立起来的前处理模型，将两者直接连接进行计算，求解得到该机床床身的模态。前4阶模态频率见表1，前四阶模态振型见图10、图11、图12、图13。
表1机床床身前4阶固有频率
阶数频率/Hz
1313．74
2330．47
3356．08
4372．96
5不同约束条件下静力变形和模态对比
为了更好地研究因约束简化不同而造成对床身静力学变形和模态的影响，进行了三组不同约束
281科学技术与工程12卷
条件对比分析，分析时其余条件和过程与前相同，约束条件和分析结果对比见表2
。
表2
床身不同约束条件下静力变形和模态对比
图13
床身四阶模态振型图
约束条件
底边宽100mm 长条约束
底边100mm ?
100mm 方框约束（共20个均匀分布）
底边全约束固有频率（Hz ）
一阶
313．74291．17317．98二阶330．47300．46335．38三阶356．08311．05361．66四阶
372．96319．97
400．23
静力最大变形（mm ）4．8658?10－3
7．3183?10－34．5424?10－3
6结束语
对某大型数控铣镗床床身的结构特点和受力
情况进行了分析，
并利用ANSYS12．1Workbench 平台建立起了该机床床身有限元模型，分析了该床身的静力学和模态。分析结果表明：
（1）该机床床身在静力作用下变形较小；在施加了约束后低阶固有频率仍然较高，经计算比较，与机床的最高自激频率相差较远，不会发生共振，满足使用要求。但可以看出，该床身内部筋板过于厚重，结构布局不尽合理，并且存在受力不对称现象，
容易加速床身的磨损。其优化空间较大，可进一步优化筋板厚度和布局。
（2）当采用不同约束条件进行静力学和模态分析时，
床身静力最大变形不会发生大的改变；对固有频率的影响会随着固有频率阶次的增高而加剧。因此，在进一步优化和分析时，以采用低阶的固有频率作为目标为宜。
（下转第199页）
3
811期张强，等：基于ANSYS Workbench 的大型数控龙门铣镗床床身静动态特性分析
若我们考虑慢跑者的速度为1m /s ，狗的速度为25m /s 的情形，
在Matlab 的Simulink 环境下进行仿真，仿真画面如图7所示，可以看到在此种情况下，
狗将在出发3．08s 时成功追上慢跑者。4结论
本文在追踪问题的微分方程模型的基础上构
建了相应的Simulink 模型，然后利用Matlab 软件进行了数值仿真，
利用动画模拟了追踪问题的全过程。利用Simulink 模型进行仿真具有快速、直观和
可控性的优点。
参
考文献
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赵
静，但
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社，
20092薛定宇，陈阳泉．基于MATLAB /Simulink 的系统仿真技术与应用．北京：清华大学出版社，
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20054
谢中华．猫追老鼠的Simulink 动画仿真．天津科技大学学报，2010；25（5）：57—59
Simulation for the Problem of Tracing
WANG Ming-gang
（College of Taizhou ，Nanjing Normal University ，Taizhou 225300，P．R．China ）
［Abstract ］The problem of tracing is a class of mathematical modeling．The corresponding Simulink model was
builded on the basis of the differential equation model ，and then this differential equation model was simulated un-der the Simulink enviroment of Matlab．Finally ，the animated simulation is made for the whole process of the trac-ing problem．［Key words ］
differential equation model
tracing prob 檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸lem
animated simulation
（上接第183页）
参
考文献
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杜平安，范树迁，葛
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清华大学出版社，20102黄
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2005；2：47—50The Analysis of Static and Dynamic Characteristics Based on ANSYS Workbench for the Body of a CNC Planer Type Milling-Boring Machine
ZHANG Qiang 1，YIN Zhi-hong 1*，ZHANG Ming-xu 2，LI Xiao-yuan 1，XU Kai 1
（Faculty of Mechanical and Electrical Engineering ，Kunming University of Science and Technology 1，Kunming 650093，P．R．China ；
Technology Center of SHENJI Group Kunming Machine Tool Company Limited 2，Kunming 650203，P．R．China ）
［Abstract ］The structure characteristics of a CNC planer type milling-boring machine body were analyzed．The
static and dynamic characteristics of the body were analyzed by using the software of ANSYS12．1Workbench and the finite element method ，and the deformation of static and modals were discussed with different constraint condi-tions．The results show that the deformation of the body was small ，and the fundamental frequencies are high．The body can be optimized．
［Key words ］machine tool body
finite element
static
modal
9
911期王明刚：追踪问题的Simulink 仿真
非对称液压缸的动态特性仿真研究_郝前华
第35卷第6期 2010年12月 广西大学学报:自然科学版J o u r n a l o f G u a n g x i U n i v e r s i t y :N a t S c i E d V o l .35N o .6D e c .2010 收稿日期:2010-07-22;修订日期:2010-08-29 基金项目:国家863项目资助课题(2003A A 430200) 通讯联系人:何清华(1946-),男,湖南岳阳人,中南大学教授,博士生导师;E -m a i l :h q h @m a i l .c s u .e d u .c n 。 文章编号:1001-7445(2010)06-0984-05非对称液压缸的动态特性仿真研究 郝前华1,何清华1,2,贺继林1,2,廖力达1,舒敏飞1 (1.中南大学机电工程学院,湖南长沙410083; 2.湖南山河智能机械股份有限公司,湖南长沙410100) 摘要:根据液流的连续性原理,通过对非对称液压缸进行受力分析,研究非对称液压缸的动态特性。在此基础 上,提出非对称液压缸的数学模型,得到了液压缸阻尼比、固有频率间的关系。根据其数学模型,运用M A T -L A B 软件对挖掘机铲斗液压缸动态特性进行仿真,得到了非对称液压缸的速度响应曲线和大腔的压力曲线, 直观地揭示了其动态特性。通过对影响铲斗液压缸动态特性的主要因素的分析,提出了加快其速度响应和改 善其运动平稳性的实用措施,指出降低铲斗液压缸的超调量与提高铲斗液压缸的响应速度存在矛盾,需要针 对具体情况协调考虑。 关键词:动态特性;非对称液压缸;仿真 中图分类号:T H 137 文献标识码:A S i m u l a t i o ns t u d y o nd y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s o f a s y m m e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r H A OQ i a n -h u a 1,H EQ i n g -h u a 1,2,H EJ i -l i n 1,2,L I A OL i -d a 1,S H UM i n -f e i 1 (1.S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,C e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t y ,C h a n g s h a 410083,C h i n a ; 2.H u n a nS u n w a r dI n t e l l i g e n t M a c h i n e r y C o .L t d .,C h a n g s h a 410100,C h i n a )A b s t r a c t :O nt h eb a s i s o f c o n t i n u i t y p r i n c i p l eo f f l u i d s ,d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s o f a s y m m e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r a r e i n v e s t i g a t e db y m e a n s o f f o r c e e q u i l i b r i u m a n a l y s i s .B a s e d o nt h e p r o p o s e d m a t h e m a t i c a l m o d e l o f t h e c y l i n d e r ,r e l a t i o n s h i pb e t w e e nd a m p i n gr a t i o a n dn a t u r a l f r e q u e n c y i s o b t a i n e d a s w e l l a s t h e s i m u l a t i o nr e s u l t s o f d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s o f h y d r a u l i cc y l i n d e r o f t h e b u c k e t o f a n e x c a v a t o r i n M A T L A B .T h e v e l o c i t y r e s p o n s e c u r v e a n d p r e s s c u r v e o f t h e l a r g e c h a m - b e r r e v e a l t h e d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s v i s u a l l y .M e a s u r e s t oi n c r e a s e t h e v e l o c i t y r e s p o n s e a n dt o i m p r o v e t h e m o t i o n s t a b i l i t y o f t h e b u c k e t c y l i n d e r a r e p r o p o s e d b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e m a i n f a c t o r s i n f l u e n c i n gd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s .T h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nd e c r e a s i n go v e r s h o o t a n d i n c r e a s i n g r e s p o n s e s p e e d o f t h e c y l i n d e r n e e d s t o b e r e s o l v e d b y c o n s i d e r a t i o n s t o s p e c i f i c c i r c u m - s t a n c e s . K e y w o r d s :d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s ;a s y m m e t r i c a l h y d r a u l i c c y l i n d e r ;s i m u l a t i o n 非对称液压缸具有结构紧凑、工作可靠及生产成本低等优点,因而广泛应用于车辆、工程机械、矿山机械等的液压系统中。非对称液压缸作为液压系统的主要执行元件,其动态特性是评价液压系统性能 的一个重要指标[1-3]。非对称液压缸在输入流量或负载发生变化时,输出压力会发生变化,活塞就会出
检测系统的静态特性和动态特性
检测系统的静态特性和动态特性 检测系统的基本特性一般分为两类：静态特性和动态特性。这是因为被测参量的变化大致可分为两种情况，一种是被测参量基本不变或变化很缓慢的情况，即所谓“准静态量”。此时，可用检测系统的一系列静态参数（静态特性）来对这类“准静态量”的测量结果进行表示、分析和处理。另一种是被测参量变化很快的情况，它必然要求检测系统的响应更为迅速，此时，应用检测系统的一系列动态参数（动态特性）来对这类“动态量”测量结果进行表示、分析和处理。 研究和分析检测系统的基本特性，主要有以下三个方面的用途。 第一，通过检测系统的已知基本特性，由测量结果推知被测参量的准确值；这也是检测系统对被测参量进行通常的测量过程。 第二，对多环节构成的较复杂的检测系统进行测量结果及（综合）不确定度的分析，即根据该检测系统各组成环节的已知基本特性，按照已知输入信号的流向，逐级推断和分析各环节输出信号及其不确定度。 第三，根据测量得到的（输出）结果和已知输入信号，推断和分析出检测系统的基本特性。这主要用于该检测系统
的设计、研制和改进、优化，以及对无法获得更好性能的同类检测系统和未完全达到所需测量精度的重要检测项目进行深入分析、研究。 通常把被测参量作为检测系统的输入（亦称为激励）信号，而把检测系统的输出信号称为响应。由此，我们就可以把整个检测系统看成一个信息通道来进行分析。理想的信息通道应能不失真地传输各种激励信号。通过对检测系统在各种激励信号下的响应的分析，可以推断、评价该检测系统的基本特性与主要技术指标。 一般情况下，检测系统的静态特性与动态特性是相互关联的，检测系统的静态特性也会影响到动态条件下的测量。但为叙述方便和使问题简化，便于分析讨论，通常把静态特性与动态特性分开讨论，把造成动态误差的非线性因素作为静态特性处理，而在列运动方程时，忽略非线性因素，简化为线性微分方程。这样可使许多非常复杂的非线性工程测量问题大大简化，虽然会因此而增加一定的误差，但是绝大多数情况下此项误差与测量结果中含有的其他误差相比都是可以忽略的。
系统动态特性分析
系统动态特性分析。 （1）时域响应解析算法――部分分式展开法。 用拉氏变换法求系统的单位阶跃响应，可直接得出输出c(t)随时间t 变化的规律，对于高阶系统，输出的拉氏变换象函数为： s den num s s G s C 11)()(?=? = （21） 对函数c(s)进行部分分式展开，我们可以用num,[den,0]来表示c(s)的分子和分母。 例 15 给定系统的传递函数： 24 50351024 247)(23423+++++++=s s s s s s s s G 用以下命令对 s s G ) (进行部分分式展开。 >> num=[1,7,24,24] den=[1,10,35,50,24] [r,p,k]=residue(num,[den,0]) 输出结果为 r= p= k= -1.0000 -4.0000 [ ] 2.0000 -3.0000 -1.0000 -2.0000 -1.0000 -1.0000 1.0000 0 输出函数c(s)为： 01 11213241)(+++-+-+++-= s s s s s s C 拉氏变换得： 12)(234+--+-=----t t t t e e e e t c （2）单位阶跃响应的求法： 控制系统工具箱中给出了一个函数step()来直接求取线性系统的阶跃响应，如果已知传递函数为： den num s G = )( 则该函数可有以下几种调用格式： step(num,den) (22) step(num,den,t) (23) 或 step(G) (24) step(G,t) (25) 该函数将绘制出系统在单位阶跃输入条件下的动态响应图，同时给出稳态值。对于式23和25，t 为图像显示的时间长度，是用户指定的时间向量。式22和24的显示时间由系统根据输出曲线的形状自行设定。
结构动力特性测试方法及原理
结构动力特性的测试方法及应用(讲稿) 一. 概述 每个结构都有自己的动力特性,惯称自振特性。了解结构的动力特性就是进行结构抗震设 计与结构损伤检测的重要步骤。目前,在结构地震反应分析中,广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法,但需要以确定结构的动力特性为前提。n 个自由度的结构体系的振动方程如下: [][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+??????+?????? 式中[]M 、[]C 、[]K 分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵,均为n 维矩阵;{} )(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵;{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵;{})(t y &为速度响应的n 维随机过程列阵;{})(t y && 为加速度响应的n 维随机过程列阵。 表征结构动力特性的主要参数就是结构的自振频率f (其倒数即自振周期T )、振型Y(i)与阻尼比ξ,这些数值在结构动力计算中经常用到。 任何结构都可瞧作就是由刚度、质量、阻尼矩阵(统称结构参数)构成的动力学系统,结构一旦出现破损,结构参数也随之变化,从而导致系统频响函数与模态参数的改变,这种改变可视为结构破损发生的标志。这样,可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损,进而提出修复方案,现代发展起来的“结构破损诊断”技术就就是这样一种方法。其最大优点就是将导致结构振动的外界因素作为激励源,诊断过程不影响结构的正常使用,能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。从传感器测试设备到相应的信号处理软件,振动模态测量方法已有几十年发展历史,积累了丰富的经验,振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高,结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测,并可得到比较精确的结构动态特性(如频响函数、模态参数等)。目前,许多国家在一些已建与在建桥梁上进行该方面有益的尝试。 测量结构物自振特性的方法很多,目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试法与自由振动法。稳态正弦激振法就是给结构以一定的稳态正弦激励力,通过频率扫描的办法确定各共振频率下结构的振型与对应的阻尼比。 传递函数法就是用各种不同的方法对结构进行激励(如正弦激励、脉冲激励或随机激励等),测出激励力与各点的响应,利用专用的分析设备求出各响应点与激励点之间的传递函数,进而可以得出结构的各阶模态参数(包括振型、频率、阻尼比)。脉动测试法就是利用结构物(尤其就是高柔性结构)在自然环境振源(如风、行车、水流、地脉动等)的影响下,所产生的随机振动,通过传感器记录、经谱分析,求得结构物的动力特性参数。自由振动法就是:通过外力使被测结构沿某个主轴方向产生一定的初位移后突然释放,使之产生一个初速度,以激发起被测结构的自由振动。 以上几种方法各有其优点与局限性。利用共振法可以获得结构比较精确的自振频率与阻尼比,但其缺点就是,采用单点激振时只能求得低阶振型时的自振特性,而采用多点激振需较多的设备与较高的试验技术;传递函数法应用于模型试验,常常可以得到满意的结果,但对于尺度很大的实际结构要用较大的激励力才能使结构振动起来,从而获得比较满意的传递函数,这在实际测试工作中往往有一定的困难。 利用环境随机振动作为结构物激振的振源,来测定并分析结构物固有特性的方法,就是近年来随着计算机技术及FFT 理论的普及而发展起来的,现已被广泛应用于建筑物的动力分析研究中,对于斜拉桥及悬索桥等大型柔性结构的动力分析也得到了广泛的运用。斜拉桥或悬索桥的环境随机振源来自两方面:一方面指从基础部分传到结构的地面振动及由于大气变化而影响到上部结构的振动(根据动力量测结果,可发现其频谱就是相当丰富的,具有不同的脉动卓越周期,反应了不同地区地质土壤的动力特性);另一方面主要来自过桥车辆的随机振动。
仪表的特性有静态特性和动态特性
仪表的特性有静态特性和动态特性 仪表的特性有静态特性和动态特性之分，它们所描述的是仪表的输出变量与输入变呈之间的对应关系。当输人变量处于稳定状态时，仪表的输出与翰人之间的关系称为睁态特性。这里仅介绍几个主要的静态特性指标。至于仪表的动态特性，因篇幅所限不予介绍，感兴趣的读者请参阅有关专著。 1.灵敏度 灵饭度是指仪表或装置在到达稳态后，输出增量与输人增量之比，即K=△Y/△X式中K —灵教度，△Y—输出变量y的增量，△X—输人变量x的增量。 对于带有指针和标度盘的仪表，灵敏度亦可直观地理解为单位输入变量所引起的指针偏转角度或位移盈。 当仪表的“输出一输入”关系为线性时，其灵放度K为一常数。反之，当仪表具有非线性特性时，其灵敏度将随着输入变量的变化而改变。 2线性度 一般说来，总是希望侧贴式液位开关具有线性特性，亦即其特性曲线最好为直线。但是，在对仪表进行校准时人们常常发现，那些理论上应具有线性特性的仪表，由于各种因素的影响，其实际特性曲线往往偏离了理论上的规定特性曲线(直线)。在高频红外碳硫分析仪检测技术中，采用线性度这一概念来描述仪表的校准曲线与规定直线之问的吻合程度。校准曲线与规定直线之间最大偏差的绝对值称为线性度误差，它表征线性度的大小。 3.回差 在外界条件不变的情况下，当输入变量上升(从小增大)和下降(从大减小)时，仪表对于同一输入所给出的两相应输出值不相等，二者(在全行程范围内)的最大差值即为回差，通常以输出量程的百分数表示回差是由于仪表内有吸收能量的元件(如弹性元件、磁化元件等)、机械结构中有间隙以及运动系统的魔擦等原因所造成的。 4.漂移 所谓漂移，指的是在一段时间内，仪表的输人一愉出关系所出现的非所期望的逐渐变化，这种变化不是由于外界影响而产生的，通常是由于在线微波水分仪弹性元件的时效、电子元件的老化等原因所造成的。 在规定的参比工作条件下，对一个恒定的输入在规定时间内的输出变化，称为“点漂”。 发生在仪表测量范围下限值七的点漂，称为始点漂移。当下限值为零时的始点漂移又称为零点漂移，简称零漂。 5重复性 在同一工作条件下，对同一输入值按同一方向连续多次测量时，所得输出值之间的相互一致程度称为重复性。 仪器仪表的重复性用全测量范围内的各输入值所测得的最大重复性误差来确定。所谓重复性误差，指的是对于高频红外碳硫分析仪全范围行程、在同一工作条件下、从同方向对同一输人值进行多次连续测量时，所获得的输出值的两个极限值之间的代数差或均方根误差。重复性误差通常以量程的百分数表示，它应不包括回差或漂移。
Spider-20动态信号分析仪公司推荐
Spider-20是一款紧凑而强大的无线动态信号分析仪和数据采集仪。它提供4个24位高精确高保真输入通道，和一个独特的软件可选的转速计输入信号源输出通道（使用传统的BNC连接器）。每个输入可单独编程接受AC或DC电压或从一个内置电子IEPE(ICP)传感器输出。Spider20 的尺寸为13.5*10.9*3.25cm，可充电，内置闪卡，内置WIFI接口。 使用iPAD可以设置、查看或记录历史信号，以及执行频谱分析、测量频率响应函数FRF和相干函数。将它连接到笔记本或PC电脑还可享受我们EDM软件提供的全部软件功能，包括1/N倍频程声学功能、旋转机械阶次跟踪，冲击响应谱测试或专用的数字滤波器等。 Spider-20 完全脱离PC操作，只需用手进入黑盒操作模式，利用我们灵活的自动测试计划和阈值检测软件使Spider-20变成一个智能化无人监控能够响应数据条件或网络指令，通过邮件向您发送通知。是有线款动态信号分析仪和数据采集仪，用有线以太网连接取代了Wi-Fi，与Spider-20 技术指标和功能相同。 Spider-20特点 超便携易用性：重量只有560g 高精度性：24位分辨率，100dB动态输入
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什么是汽轮机调节系统的静态特性和动态特性
1.什么是汽轮机调节系统的静态特性和动态特性? 答：调节系统的工作特性有两种，即动态特性和静态特性。在稳定工况下，汽轮机的功率和转速之间的关系即为调节系统的静态特性。从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程的特性叫做调节系统的动态特性，是指在过渡过程中机组的功率、转速、调节汽门的开度等参数随时间的变化规律。 2.汽封的作用是什么?轴封的作用是什么? 答：为了避免动、静部件之间的碰撞，必须留有适当的间隙，这些间隙的存在势必导致漏汽，为此必须加装密封装置----汽封。根据汽封在汽轮机中所处位置可分为：轴端汽封(简称轴封)、隔板汽封和围带汽封(通流部分汽封)三类。 轴封是汽封的一种。汽轮机轴封的作用是阻止汽缸内的蒸汽向外漏泄，低压缸排汽侧轴封是防止外界空气漏入汽缸。 3.低油压保护装置的作用是什么? 答：润滑油油压过低，将导致润滑油膜破坏，不但要损坏轴瓦。而且能造成动静之间摩擦等恶性事故，因此，在汽轮机的油系统中都装有润滑油低油压保护装置。 低油压保护装置一般具备以下作用： ⑴润滑油压低于正常要求数值时，首先发出信号，提醒运行人员注意并及时采取措施。 ⑵油压继续下降至某数值时，自动投入辅助油泵(交流、直流油泵)，以提高油压。 ⑶辅助油泵起动后，油压仍继续下跌到某一数值应掉闸停机，再低时并停止盘车。 当汽轮机主油泵出口油压过低时，将危及调节及保护系统的工作，一般当该油压低至某一数值时，高压辅助油泵(调速油泵)自起动投入运行，以维持汽轮机的正常运行。 4.直流锅炉有何优缺点? 答：直流锅炉与自然循环锅炉相比主要优点是： (1)原则上它可适用于任何压力，但从水动力稳定性考虑，一般在高压以上(更多是超高压以上)才采用。 (2)节省钢材。它没有汽包、并可采用小直径蒸发管，使钢材消耗量明显下降。 (3)锅炉启、停时间短。它没有厚壁的汽包，在启、停时，需要加热、冷却的时间短．从而缩短了启、停时间。 (4)制造、运输、安装方便。 (5)受热面布置灵活。工质在管内强制流动．有利于传热及适合炉膛形状而灵活布置。
某装备结构动态特性分析
技术篇 2007年 第十期 某装备结构动态特性分析 霍 红 (中北大学,太原 030051) 摘 要:利用试验模态分析法获得了某机枪结构的模态参数,分析了机枪的动态特性,并通过基于模态试验的灵敏度分析方法,获得了影响该机枪动态特性的敏感部位,为改善机枪动态特性提供了依据. 关键词:机枪;灵敏度分析;动态特性;分析 中图分类号:TP302.7 文献标识码:A 文章编号:1005 8354(2007)10 0001 02 Analysis on structural dyna m ic characteristics for certai n equi p m e nt HUO H ong (N orth U n i ve rs i ty o f Ch i na ,T a i yuan 030051,Chi na) Abstract :A ccor ding to modal analysism etho d,modal parametersw ere derived and structural dynam ic charac teristics were analyzed.U sing sensitivit y analysis of model test ,t he dyna m ic characteristics and sensitive p oints of a m achine gun were obt ained.These woul d be used to i m prove dyna m ic propert y of t hemachine gun. K ey words :machine gun;sensitivity analysis ;struct ural dyna m ic characteristics ;analysis 收稿日期:2007 08 22 作者简介:霍红(1968 ),女,实验师,研究方向:火炮、自动武器与弹药工程. 0 引 言 当今为提高自动武器的机动性,广泛采用弹性枪架,但随着重量的减轻,武器系统的振动加剧.而武器系统的振动又直接影响到射击精度,特别是弹丸出膛 口时的横向位移、横向速度以及弹丸初始扰动等对武器射击精度影响尤其明显 [1] .为此,需掌握武器系统 的固有特性,为分析和优化机枪的动力学特性提供依据,以提高其射击精度.而系统固有特性一般可由理论分析方法和试验方法获得,前者是利用有限元分析法,后者是利用试验模态分析法,随着试验技术的发展和测量仪器精度的提高,利用试验模态分析法得到的结果越来越受到重视,并且常常作为验证有限元模型正确性的主要依据,所以,常采用理论分析和试验两种方法相结合建立模型 [1,2] ,以获得接近实际的结 果,为进一步分析如结构修改设计及结构动力特性优化设计提供良好的基础.本文以某机枪为例,采用试验模态分析法识别机枪系统的模态参数和分析其动 态特性,并在此基础上进行了灵敏度分析,获得机枪动力学特性对各参数变化的灵敏度,为机枪的动力学特性优化设计提供依据. 1 机枪结构试验模态分析 1.1 模态测试系统 模态测试系统基本由以下几部分组成:激励部分、信号测量和数据采集部分、信号分析和频响函数 估计部分 [3] .其测试系统框图见图1所示. 图1 机枪模态试验系统框图 1
基于ANSYS的某型压力容器静态与动态特性分析
第33卷第3期2 0 18年8月青岛大学学报（工程技术版）JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY (E&T) Vol. 33 No. 3 Aug. 2 0 18文章编号 # 1006 - 9798(2018)03 -0120 - 05; DO * 10.13306/1 1006 - 9798.2018.03.022 基于ANSYS 的某型压力容器静态与动态特性分析 黄妮，戴作强 (青岛大学机电工程学院，山东青岛266071) 摘要：针对压力容器容易发生强度失效和稳定失效等问题，本文基于A N S Y S 软件对某型压力容 器的静态与动态特性进行研究，获取了其应力集中危险位置。在三维建模软件S o lid W o rk s 中，建 立压力容器的三维几何模型，使用自由边划分中面进行网格划分，并给出了载荷及边界条件，将前 处理完成的压力容器模型以c d b 格式导人A N S Y S 软件中进行求解，并在空罐状态下对压力容器 进行动力学特性分析。分析结果表明，该压力容器的静强度具有一定的余量，不会发生强度失效； 在空罐状态下，压力容器筒体和封头容易发生共振，可以在筒体位置适当增加阻尼和约朿，以加强 其稳定性，或者在振型最大处增大厚度以提高刚度，防止和避免共振带来的危害。该研究保障了压 力容器在操作工况下安全可靠。 关键词：压力容器；A N S Y S #静强度分析；模态分析 中图分类号：T H 49 文献标识码：A 压力容器是化工生产中极为重要的一类储运设备[1]，随着存储介质质量和种类的变化，压力容器产生失效事 故的可能性在不断增加，所以对压力容器进行静态和动态特性研究，分析其结构可靠性具有重要意义。近年来， 对压力容器可靠性的研究有许多。郑云虎等人）]采用静强度和模态分析结合的方法，对立式圆柱薄壁容器的振 动特性进行了研究，获得了压力容器的强度和刚度薄弱位置；张自斌等人）]对压力容器的宏观力学响应进行了分 析，并作出应力安全评定，同时运用子模型技术对压力容器接管区域进行了更为精确的应力分析；赵积鹏等人）] 采用特征值屈曲分析方法，得出了压力容器屈曲模态形状和临界外压，提出了压力容器安全使用的临界条件；朱 国樑）]应用A N S Y S 分析了立式厚壁压力容器筒体与封头的应力分布特点，提出了优化措施；马言等人）]针对压 力容器分层缺陷的扩展问题，从动力学角度对压力容器进行模态分析，找到了分层缺陷扩展的原因。基于此，本 文从静态和动态两方面研究某型压力容器的静强度薄弱环节和抗振性能不足之处，根据有限元分析结果，对其进 行安全性能评价及动力学特性分析，保障压力容器在操作工况下安全可靠。该研究对分析压力容器的结构可靠 性具有重要意义，具有一定的实际应用价值。 1三维模型的建立 液体干燥器的容积约为51 m 3，由筒体、封头和裙座等组成。压力容器总长约为15 900 mm ,其中，筒体高度 10 BOOmm ,筒体前段厚度为26 mm ,筒体后段厚度为34 m m ,封头为标准椭圆形，其内径A =2 B O O mm ,两端封头厚度 为29. 62 m m ，裙座厚度为20 m m ，个地脚螺栓对称分布于裙座底端。压力容器材料为Q 345R ，材料性能如表1所示。 在三维建模软件S o lid W o rk s 中，建立压力容器三维几何模 型，压力容器三维图如图1所示。在有限元分析中，微小的结构 可能导致建模时间和计算量大幅增加，因此应抓住模型主要影 响因素，忽略其次要影响因素，对其进行简化处理78]。对该压力 容器焊缝、温度计热电偶口、露点仪口、放空口、公用工程口及小倒角等进行简化，压力容器简化模型如图2所示。2 有限元前处理2.1中面处理及网格划分 H y p e rM e sh 是一个高质量高效率的有限元前处理器，其强大的几何清理功能大大简化了对复杂几何进行仿收稿日期# 2017-12-10;修回日期# 2018 - 02 - 20 基金项目：黄妮（1994 -)，女，湖南常德人，硕士研究生，主要研究方向为电动汽车智能化动力集成技术。 作者筒介：戴作强（1962 -)，男，硕士，教授，主要研究方向为锂离子电池材料与系统。Email: daizuoqiangqdu@https://www.360docs.net/doc/b013336314.html, 表1材料性能杨氏弹性密度/屈服极材泊松比模量/Pa k g /m 3限/ M P a Q 345R 2. 1X 1011 0.37 890345
橡胶件的静、动态特性及有限元分析
橡胶件的静、动态特性及有限元分析 北方交通大学 硕士学位论文 橡胶件的静、动态特性及有限元分析 姓名：郑明军 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：谢基龙 2002.2.1 file:///E|/Material/new download/Y476948/Paper/pdf/fm.htm2007-7-3 11:31:00
目录 文摘 英文文摘 第一章绪论 1.1引言 1.2选题背景 1.3本论文的主要研究内容第二章橡胶类材料的本构关系 2.1引言 2.2橡胶材料的本构关系2.2.1橡胶材料的统计理论2.2.2橡胶材料的唯象理论2.3橡胶材料的应力应变关系2.4小结 第三章非线性橡胶材料的有限单元法 3.1引言 3.2非线性橡胶材料的罚有限元法3.3非线性橡胶材料的混合有限元法3.4非线性橡胶材料的杂交有限元法 3.5ANSYS软件的非线性有限元分析方法3.6小结 第四章橡胶材料常数的研究 4.1引言 4.2测定橡胶材料常数的实验方法 4.3 Mooney-Rivlin型橡胶材料常数C1和C2的测定4.4橡胶硬度对Mooney-Rivlin型橡胶材料常数的影响 4.4.1橡胶硬度与弹性模量的关系4.4.2橡胶柱的压缩试验 4.4.3橡胶柱的有限元分析 4.4.4橡胶支座的有限元分析 4.4.5不同硬度下橡胶材料常数C1和C2的确定5小结 第五章橡胶夹层的断裂分析 5.1引言 5.2双悬臂橡胶夹层梁的有限元分析5.2.1试验研究 5.2.2有限元分析 5.2.3计算结果分析 5.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.3.1双悬臂橡胶夹层梁界面J积分5.3.2双悬臂橡胶夹层梁应变能释放率G 5.3.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.4双剪切橡胶夹层的有限元分析 5.5双剪切橡胶夹层的断裂力学分析 5.5.1双剪切橡胶夹层界面断裂韧性 5.5.2双剪切橡胶夹层的断裂力学分析 6小结 第六章橡胶弹性车轮动态特性分析 6.1引言 6.2橡胶弹性车轮的特点 6.3橡胶弹性车轮的结构 6.4橡胶弹性车轮的有限元分析6.4.1橡胶弹性车轮的有限元分析 6.4.2橡胶弹性车轮的减振效果 6.4.3橡胶硬度对弹性车轮动态特性的影响6.5小结 第七章结论 7.1橡胶材料常数的研究 7.2橡胶夹层的断裂分析 7.3橡胶弹性车轮动态特性分析 参考文献 致谢
动态信号分析仪简介
Agilent Technologies 35670A Dynamic Signal Analyzer Product Overview The Agilent 35670A is a portable two- or four-channel dynamic signal analyzer with the versatility to be several instruments at once. Rugged and portable, it’s ideal for field work. Yet it has the performance and functionality required for demanding R&D applications. Optional features optimize the instrument for troubleshooting mechanical vibration and noise problems, characterizing control systems, or general spectrum and network analysis. Take the Agilent 35670A where it’s needed! Whether you’re moving an instrument around the world or around the lab, portability is a real benefit. Small enough to fit under an airplane seat, the 35670A goes where it’s needed. But there’s more to portability than size. Like a nominal 12- to 28-Volt DC power input and self-contained features that do not require external hardware, such as built-in piezoelectric integrated circuit power supply, analog trigger and tachometer inputs, and optional computed order tracking. Versatile enough to be your only instrument for low frequency analysis With the 35670A, you carry several instruments into the field in one package. Frequency, time, and amplitude domain analysis are all available in the standard instrument. Build on that capability with options that either add new measurement capability or enhance all measurement modes. Versatile two- or four-channel high-performance FFT-based spectrum/network analyzer 122 μHz to 102.4 kHz 16-bit ADC Key Specifications Frequency Range:102.4 kHz 1 channel 51.2 kHz 2 channel 25.6 kHz 4 channel Dynamic Range:90 dB typical Accuracy:±0.15 dB Channel Match:±0.04 dB and ±0.5 degrees Real-time Bandwidth: 25.6 kHz/1 channel Resolution:100, 200, 400 & 800 lines Time Capture:0.8 to >6 Msamples (option UFC) Source Types:Random, Burst random, Periodic chirp, Burst chirp, Pink noise, Sine, Swept-Sine (option1D2), Arbitrary (option 1D4) The Agilent 35670A shown with four channels (option AY6) AY6Add Two Channels (Four Total) 1D0Computed Order Tracking 1D1Real-Time Octave Measurements UK4Microphone Adapter and Power Supply 1D2Swept-Sine Measurements 1D3Curve Fit and Synthesis 1D4Arbitrary Waveform Source 1C2Agilent Instrument BASIC 1001D0 - 1D4 bundle
螺栓联接的静动态特性
实验一 受轴向载荷螺栓联接的静态特性 螺栓联接是广泛应用于各种机械设备中的一种重要联接形式，受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接中，最常见的应用实例是气缸盖与气缸体的联接，如图1-1所示。螺栓受到的总拉力F 0除了与预紧力F '和工作载荷F 有关外，还受到螺栓刚度C 1和C 2被联接件刚度等因素的影响。图6-2为一螺栓和被联接件的受力与变形示意图。 图1-1 气缸盖与气缸体的联接 图1-2 螺栓和被联接件受力、变形情况 (a)螺母未拧紧 (b)螺母已拧紧 (c)螺栓承受工作载荷 图1-2(a)所示为螺栓刚好拧好到与被联接件相接触的的状态，此时螺栓和被联接件均未受力，因此无变形发生。 图1-2(b)所示为螺母已拧紧，但联接未受工作载荷的状态，此时螺栓受预紧力F '的拉伸作用，其伸长量为1δ；而被联接件则在力F '的作用下被压缩，其压缩量为2δ。 图1-2(c)所示为联接承受工作载荷F 时的情况，此时螺栓所受的拉力由F '增大至F 0 （螺栓的总拉力），螺栓的伸长量由1δ增大至11δδ?+；与此同时，被联接件则因螺栓伸长而被 放松，其压缩变形减少了2δ?，减小到2δ''（222δδδ?-=''，2δ''为剩余变形量）；被联接 件的压力由F '减少至F ''（剩余预紧力）。根据联结的变形协调条件，压缩变形的减少量2δ?应等于螺栓拉伸变形的增加量1δ?，即21δδ?=?。 一、 实验目的 本实验通过计算和测量螺栓受力情况及静动态特性参数达到以下目的： 1. 了解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况； 2. 计算螺栓相对刚度并绘制螺栓连接的受力变形图； 3. 验证受轴向工作载荷时，预紧螺栓联接的变形规律，及对螺栓总拉力的影响； 4. 通过螺栓的动载实验，改变螺栓联接的相对刚度，观察螺栓动应力幅值的变化，以验证提高螺栓联接强度的各项措施。 二、 实验设备及工作原理 1. 单螺栓连接实验台（如图1-3所示）
HAGC系统动态特性研究分析
HAGC系统动态特性研究分析 摘要 三十多年前，高压液压伺服系统开始流行，模拟的基本分析工作，伺服系统也开始需要开发和研究，然而这些研究只集中在相对较轻的任务系统组成的一个伺服阀，用一个小的甚至零弹簧力，双作用液压缸。通常，这些系统低自然频率(5到20赫兹)、低阻尼比和低液压。 直到六七十年代伺服系统引入了重型计量的钢铁工业中。第一次使用是为了所谓的，不断的差距预应力磨机。最重要的发展是自申请已被引入了的闭环电液伺服控制系统。 然后，过去10年的快速发展，电子与建模技术的应用液压自动计量(HAGC)成为了一个需求为高质量的平轧制产品刺激的研究成果，进一步提高系统的效率和准确度。这些研究中大多数集中在系统设计上。 由于复杂的控制系统的复杂，简化了一个连轧机液压系统包括在内的整体控制模型，包括流量执法机构不能准确模拟实际的行为(例如,伺服阀、液压元件和气缸)。虽然该算法的基本原理的可以证明系统复杂性的，尤其在大模型的情况下，但它是无法评价性能的液压系统的设计。 提高AGC系统的未来取决于液压体系的计量器具，甚至与一个优秀的控制算法，不能完善没有响应速度快、稳定、液压系统。目前，在计量体系在文献中报道的液压系统的数学模型是不足的，特别是与复杂模型相比。 在最近的发展体系中，利用HAGC原理的长程液压缸是相互促进，共同发展的。然而，它可以被质疑的长冲程气缸反应一样好，而且在短冲程单元中所扮演的角色是单作用气缸两倍。这篇文章的目的是探讨液压系统的非线性效应,并比较各缸的设计性能，各使用一个位置和压力模式。
理论 保罗利用常微分方程的稳定性的影响，为一个单作用气缸研究出一套数学模型，来检验在不同压力线的长度。在其他文章里，拉普拉斯变换块被应用于定量比较各液压系统的设计。 在这篇文章中，常微分方程先来解释每个液压部件的物理意义，紧随其后的是生成一个状态矩阵方程。 一个HAGC系统示意图显示为双作用气缸三线一回的安排，如图1中所示。 形成一套完整的液压系统的六个动态元件为： 伺服阀 输电线路 液压缸 磨机(动力学、固有频率、模量和阻尼效应) 回流管线 传感器 控制功能，就好像机体的补偿，曾被认为是文学，并不包括在这篇文章里。 图1 液压控制系统
机械动力学与动态特性分析
课程名称：机械动力学与动态特性分析 任课老师：蒙艳玫 学院：机械工程学院 专业：机械制造及其自动化 姓名：韦荣发 学号： 1211301011
1、用机械网络分析一下系统的简化模型： 碎石机（用双重动力减震器） 画出上述系统的机械网络图，设计和分析减振效果 解：（1）由上图可得其机械网络图，如图1-1所示。 图1-1 （2）设计与分析 由图1-1机械网络图可知，整个系统会因偏心质量而发生振动，已知偏心质量m ，偏心距为e ，因此，激振力为： 由以上条件，根据基尔霍夫 节点定律列出位移响应方程： pcos wt （1）
导纳阵为： 所以，若要消除m2、K2系统的振动，即在m2点激振时，其位移响应等于零， 则其自导纳H22=0，所以，。所以： 即，，此频率就是反共振频率，当激振力的频率等于该频率时，m2 和m3的位移等于零.因此在设计减振器时，只要合理的选择减振器的质量、刚度，使它在单独振动时的固有频率等于激振力的频率，就能够消碎石机的振动。 2、结合实际研究课题，以一实际结构或机器为对象， （1）作FRFS测试分析，试述： 1）目的 结合甘蔗实地种植情况和蔗地地形, 利用ADAMS View建立一个轮式小型甘蔗收割机的样机模型, 对其行走转向性能进行仿真分析, 并在平路面基础上建立了田间常见障碍物模型,进一步对收割机越障性能进行仿真研究; 通过虚拟仿真和物理试验相结合的方法,分析比较了不同轴承及间距对刀轴刚性及甘蔗断面切割质盆的影响,并在此基础上提出了一种高刚性的轴承布局方法,为设计低破头率的小型甘蔗联合收获机切割器提供了依据. 2）方法、原理 ①选用多体动力学仿真软件ADAMS View作为仿真分析的软件平台 ②将切割器的结构在Pro/E软件中建立三维实体模型,然后将模型导入到ANSYS软件中,将轴承利用弹性单元进行模拟 3）实验装置，过程 选用多体动力学仿真软件ADAMS View作为仿真分析的软件平台, 对轮胎、悬架转向盘和地面进行。简化建模。模型中所用到的是全局坐标系: 坐标原点在两前轮中心连线中点, 收割机前进方向为X轴负向, 垂直水平面向上为Y轴正向, Z轴正向由右手定则确定, 其质量和转动惯量与实际底盘相同。根据甘蔗种植情