【正文】 程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。 用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對 AC（交流）、 DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應(yīng)?？蛇M行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析。 與 接口 目的：用 PRO/E進行 3D實體建模，然后用 ANSYS進行有限元分析。一次導(dǎo)入成功率： % 操作步驟： 首先安裝 PRO/E WildFire ，并進行正常使用； 按照 ANSYS的安裝說明安裝 ANSYS（最好是 ANSYS ，本文使用的是 ），記錄下你的主機 ID and MAC Address,修改 （證書文件），然后代替此文件中第一行原來的 ID and MAC Address，保存退 出，用 KEYGEN 生成 （證書）。同時在運行 License Server 要將生成的 License Guide第三步提示的目錄里（如果一開始就知道是應(yīng)該拷貝到哪個目錄，就在第③步前將此文件拷貝過去）。 運行 ADMIN，配置 ANSYS 和 PRO/E ，按照提示操作即可。 最好將 PRO/E 和 ANSYS 的工作目錄設(shè)成同一個，同時將此目錄設(shè)成PRO/E 啟動目錄，并在此目錄中配置一個 ，對其中幾項做調(diào)整： 表 41 配置選項 Option Value FEM_ANSYS_annotation yes FEM_default_solver ANSYS FEM_which_ansys_solver FRONTAL FEM_ANSYS_grouping yes Pro_ANSYS_path 的安裝路徑 保存此 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 19 頁 開始正常使用，先用 PRO/E 中建模，然后調(diào)用 ANSYS 菜單下的 ANSYS GEOM 將模型傳入到 ANSYS 中進行分析。導(dǎo)入模型后，首先運行“ /units,si”，把系統(tǒng)單位制切換到國際單位制（公制） ,彈性模量的單位是 Pa，泊松比無單位。 分析過程單位的研究 眾所周知， ANSYS中并沒有定義任何一套單位制，單位制的使用全在用戶自己掌握，關(guān)鍵是我們在使用各個量的單位時必須統(tǒng)一。下面是國際單位制中的七個基本單位，其他所有的單位都可由這七個基本單位導(dǎo)出： SI基本單位 [14] 量的名稱 單位名稱 單位符號 長度 米 m 質(zhì)量 千克（公斤） kg 時間 秒 s 電流 安（培） A 熱力學(xué)溫度 開（爾文） K 物質(zhì)的量 摩托（爾） mol 發(fā)光的量 坎（德拉） cd 因此，只要所有的量都表示成這七個基本單位的某種組合，就可以保證單位制不會出錯。 ANSYS 分析單位使用情況 鋼的實常數(shù)為： EX=2e11Pa PRXY= DENS=那么上面的實常數(shù)在 mm 單位制（即模型尺寸單位為 mm）下輸入到 ANSYS 時應(yīng)為 EX=2e5MPa PRXY= DENS=上面的實常數(shù)在 m 單位制（即模型尺寸單位為 m）下 輸入到 ANSYS 時應(yīng)為 EX=2e11MPa PRXY= DENS=總結(jié)： 如果采用 mm 單位制下實常數(shù)輸入， Ansys 得到的位移單位為 mm，轉(zhuǎn)角單位為弧度（ rad）； 如果采用 m 單位制下實常數(shù)輸入， Ansys 得到的位移單位為 m，轉(zhuǎn)角單位為弧度（ rad）； 特別主意，施加載荷的單位是不同的，如 。本文采用高精度的 Solid45 單元對結(jié)構(gòu)進行離散化。對單元進行質(zhì)量檢測，所有單元均滿足畸變要求 [15]。解決方案：增大立柱整體剛度，可加厚筋板的厚度，最有效的方法就是想辦法增加剛度，減少質(zhì)量，這樣才能提高整體固有頻率。有文獻認為機床中結(jié)合部的剛度約占機床總剛度的60%80%, 結(jié)合部引起的變形量約占機床總的靜變形量的 85%90%。在大多數(shù)機械中 , 結(jié)合部的接觸阻尼約占機床全部阻尼的 90%以上。 機床結(jié)構(gòu)的動力學(xué)有限元模型的建立是機床動態(tài)優(yōu)化設(shè)計 的基礎(chǔ)。但是 , 對于機床等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建模 , 影響其有限元建模精度的最大難點是結(jié)合部特征參數(shù)的準確識別 , 這也是當今國內(nèi)、外動力學(xué)建模領(lǐng)域的一個熱點和難點。研究內(nèi)容涉及結(jié)合部剛度和阻尼機理、結(jié)合部建模、參數(shù)識別、動力特性分析、對機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)建模及動力特性的影響等諸多方面。在這些研究中逐漸發(fā)展出三類確定結(jié)合部動力學(xué)參數(shù)的方法：理論計算法、試驗測試法和理論計算與試驗測試相結(jié)合的方法。理論計算法在工程設(shè)計中仍有重要意義 , 因為它能在設(shè)計階段得到結(jié)合部的動力學(xué)特性參數(shù) , 從而在計算機上實現(xiàn)真正意義上的整機優(yōu)化設(shè)計。但它有一個不可克服的缺點就是其對系統(tǒng)動力學(xué)特征的描述沒有明確的物理意義且用于系統(tǒng)辨識的傳遞函數(shù)必須在實體模型上取得 ,這表明它不能用于設(shè)計階段對機床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。 機床結(jié)合部的作用機理非常復(fù)雜 , 其本構(gòu)關(guān)系不僅高度非線性 , 而且一般也各向異性。甚至其結(jié)構(gòu)關(guān)系可能是時變的或不可完全恢復(fù)的。而根據(jù)模型的工況、建模和分析的具體要求以及結(jié)合部的具體特性 ,綜合運用理論、數(shù)值和實驗方法建立實用的參數(shù)識別方法和數(shù)據(jù)庫是一種可行的選擇。 1. 簡化功能件和非承載構(gòu)件。這些構(gòu)件對機床結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和變形影響都較小 ,因此在建模時將其忽略。 ,對截面形狀作一定的簡化。按照簡化原則 ,運用 Pro /E 得到機床的實體三維模型 , 再利用 ANSYS 和 Pro/E 的 CAD 文件的連接 , 將其在 Pro /E 里進行由 ANSYS Geom 轉(zhuǎn)換為 ANSYS 中的三維模型。即必須設(shè)定 :單元的類型 (如 BEAM SHELL6 SOL ID4 SOL ID95)等、單元實常數(shù) (給定諸如厚度、截面積或者彈簧單元的剛度 K 等單元的幾何特性 )以及單元的材料特性 (如楊氏模量、熱傳導(dǎo)率等 ) 。 Damped 法和 Unsymmetric 法只在特殊情況下才會用到。最后 ,選擇 Solution 中的 Solve 選項求解 ,列出前十階受約束的固有振動特性。導(dǎo)入到有限元分析軟件 ANSYS 中 , 模型離散為 191768 個單元， 61249 個節(jié)點。床身三維圖網(wǎng)格劃分后生成有限元模型如圖 412 所示。 經(jīng) 計算床身的前十階固有頻率分別為： XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 31 頁 圖 413～ 423 中給出了相應(yīng)于前十階固有頻率的床身振型如下。底端振幅較小。由于振動在頂部，振幅在合理范圍 之內(nèi)，不會影響機床整機性能。 圖 416 四階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 33 頁 第四階振型中，振幅位移主要產(chǎn)生在機床床身的固定板上，影響不大，可通過添加筋板來增大剛度。 418 六階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 34 頁 第六階振型中，振動主要集中在了刀頭和床身部分，當頻率為 時，工作臺最大的振幅達到 。 圖 420 八階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 35 頁 第八階振型中，振動主要集中在了立柱 和刀頭部分，當頻率為 時，刀頭最大的振幅達到 ，解決方案為增加立柱的剛度。 圖 422 十階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 36 頁 第十階振型中，振動主要集中在了床身部分，當頻率為 時，工作臺最大的振幅達到 。 結(jié)論： 由固有頻率可通過公式 n=60*f(n 為轉(zhuǎn)速 ,單位 rpm,f 為頻率 ,單位 Hz) ,得出該機床的切削臨界轉(zhuǎn)速的范圍如下表 : 表 42 臨界切削速度 階次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 頻率 0 0 0 0 0 0 103 129 196 轉(zhuǎn)速 0 0 0 0 0 0 5550 6180 7740 11760 從以上的計算過程可以看出 , 用 ANSYS 對機床床身進行模態(tài)分析 , 方法簡便 , 計算快捷 , 得到的振型形象直觀、易于觀察。 采用三維設(shè)計軟件 Pro/ENGINEER 建立插齒機的實體模型 , 再導(dǎo)入 ANSYS 有限元軟件進行分析 ,充分利用三維設(shè)計軟件建模方便和易于修改的特點 , 大大簡化了建立三維有限元模型的繁瑣過程。目前的插齒機床在向高速度、高剛度的方向發(fā)展 , 要使機床安全可靠地工作 , 保證所加工零件的高精度 , 機床就必須具有良好的動態(tài)性能。利用有限元分析的方法 , 解決多種多樣的工程技術(shù)問題是工程設(shè)計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 37 頁 第五章 機床優(yōu)化分析 機床振動使工件和刀具的相對位置和相對速度發(fā)生變化 ,使得切削過程惡化 ,限制了加工精度和切削效率。自激振動的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率。因此研究機床的結(jié)構(gòu)動態(tài)特性即機床的固有頻率和振型是分析評價機床動態(tài)性能的重要指標。 整機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 對整機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。分析結(jié)果能為實現(xiàn)插齒機床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進提供必要的依據(jù)。 2. 實際部件的非線性被簡化為理想的線性結(jié)構(gòu)。 4. 如果需要進一步提高精度降低誤差 , 則必須提高結(jié)構(gòu)簡 化的合理性 , 并注意單元的劃分和選取。故應(yīng)避免外界載荷頻率過高。 機床振動的控制 1. 對強迫振動的控制： 將振源與機床隔離。挖防振溝，將機床安置在防振地基上，設(shè)置彈簧或橡皮墊減少振動。如精 確平衡回轉(zhuǎn)零部件，將電動機轉(zhuǎn)子、皮帶輪和卡盤作靜平衡和動平衡試驗，提高軸承裝配精度。如將變速操縱機構(gòu)中齒輪嚙合的制造精度提高，可以減少因齒輪嚙合傳動而引起的振動。機床系統(tǒng)剛度增加，對振動的抵抗能力提高，亦可減少振動。 采用減振器和阻尼器。 模態(tài)分析優(yōu)勢 1. 通過實際應(yīng)用可以看出 , 使用 ANSYS 模態(tài)分析可以將繁雜的分析過程簡化 , 概念清晰 , 計算方便 , 在工程中有較廣泛的應(yīng)用。 3. 單元的選取和劃分是影響計算精度的主要原因。所以 , 在進行實際計算時 , 應(yīng)該充分注意 , 尤其是部件結(jié)合處的模型簡化處理要盡量做到與實際接近 , 以降低計算誤差。通過在 PRO/E 里對原結(jié)構(gòu)的不斷修改 ,以及在 ANSYS里的分析 ,最終得到比較合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案 ,并且在提高薄弱部件固有頻率的基礎(chǔ)上使得各主要部件的固有頻率大于機床的最大共振頻率 ,避免發(fā)生共振 ,保證了機床的加工