有限元軸承分析論文jzg
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摘 要 I
第 1 章 緒 論 1
1.1 課題簡(jiǎn)介 1
1.2 有限元簡(jiǎn)介 1
1.3 模態(tài)分析簡(jiǎn)介 1
第 2 章 基于ANSYS WORKBENCH軸承的模態(tài)分析 4
2.1 引言 4
2.2 有限元模型的建立 4
2.2.1三維模型的建立 4
2.2.2材料屬性 5
2.2.3 網(wǎng)格劃分 5
2.2.4 施加載荷與約束 6
2.3 模態(tài)分析 7
2.3.1 有限元計(jì)算結(jié)果與分析 7
2.3.2 靜力學(xué)分析結(jié)果 8
2.3.3 模態(tài)分析結(jié)果 9
結(jié)論 13
參考文獻(xiàn) 14
致 謝 15
第 1 章 緒 論
1.1課題簡(jiǎn)介
本課題由崔老師命題，學(xué)生自由發(fā)揮用課上所學(xué)的知識(shí)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，我們組選擇的是用NSYS WORKBENCH進(jìn)行軸承的模態(tài)分析。
1.2有限元簡(jiǎn)介
技術(shù)領(lǐng)域，成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實(shí)用高效的數(shù)值分析方法。有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素（即單元），就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。
有限元分析是用較簡(jiǎn)單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的（較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件（如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。因?yàn)閷?shí)際問題被較簡(jiǎn)單的問題所代替，所以這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解。由于大多數(shù)實(shí)際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。
有限元是那些集合在一起能夠表示實(shí)際連續(xù)域的離散單元。有限元的概念早在幾個(gè)世紀(jì)前就已產(chǎn)生并得到了應(yīng)用，例如用多邊形（有限個(gè)直線單元）逼近圓來求得圓的周長(zhǎng)，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，并由于其方便性、實(shí)用性和有效性而引起從事力學(xué)研究的科學(xué)家的濃厚興趣。經(jīng)過短短數(shù)十年的努力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速?gòu)慕Y(jié)構(gòu)工程強(qiáng)度分析計(jì)算擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)
1.3模態(tài)分析簡(jiǎn)介
模態(tài)分析可分為計(jì)算模態(tài)和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來表征。在數(shù)學(xué)上，模態(tài)參數(shù)是力學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的特征值和特征矢量，即要知道結(jié)構(gòu)的幾何形狀、邊界條件和材料特性，把結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布、剛度分布和阻尼分布分別用質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣表示出來，這樣就有足夠多的信息來確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)(固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型)。理論證明，這些模態(tài)參數(shù)可以完整地描述系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)方面，它是從測(cè)量結(jié)構(gòu)上某些點(diǎn)的動(dòng)態(tài)輸入力和輸出響應(yīng)開始，并且一般還要將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻響函數(shù)。理論證明，這些頻響函數(shù)可以用模態(tài)參數(shù)表示，因此試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的第二步就是從測(cè)得的頻響函數(shù)來估計(jì)這些模態(tài)參數(shù)。模態(tài)分析是若干工程學(xué)科的綜合，涉及到結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)字信號(hào)處理、系統(tǒng)辨識(shí)和測(cè)試技術(shù)等學(xué)科。隨著模態(tài)分析專題研究范圍的不斷擴(kuò)展，從系統(tǒng)識(shí)別到結(jié)構(gòu)靈敏度分析以及動(dòng)力修改等，模態(tài)分析技術(shù)已被廣義地理
解為包括力學(xué)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的確定以及與其應(yīng)用有關(guān)的大部分領(lǐng)域。本章將從模態(tài)的計(jì)算分析和試驗(yàn)分析兩個(gè)角度來簡(jiǎn)要介紹模態(tài)分析的基本理論。關(guān)于模態(tài)分析理論做以下三點(diǎn)基本假設(shè):1.線性假設(shè):結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性是線性的，就是說任何輸入組合引起的輸出等于各自輸出的組合。2.時(shí)不變性假設(shè):結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)恃性不隨時(shí)間而變化，因而微分方程的系數(shù)是與時(shí)間無關(guān)的常數(shù)。由于不得不安裝在結(jié)構(gòu)上的運(yùn)動(dòng)傳感器的附加質(zhì)量，可能出現(xiàn)典型的時(shí)不變性問題。3.可觀測(cè)性假設(shè):這意味著用以確定我們所關(guān)心的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性所需要的全部數(shù)據(jù)都是可以測(cè)量的。為了避免出現(xiàn)可觀測(cè)性問題，合理選擇響應(yīng)自由度是非常重要的。
試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，又稱模態(tài)分析的實(shí)驗(yàn)過程，是一種試驗(yàn)建模過程，屬于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的逆問題。首先，試驗(yàn)測(cè)得激勵(lì)和響應(yīng)的時(shí)間歷程，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)求得頻響函數(shù)（傳遞函數(shù)）或脈沖響應(yīng)函數(shù)，得到系統(tǒng)的非參數(shù)模型；其次，運(yùn)用參數(shù)識(shí)別方法，求得系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)；最后，如果有必要，進(jìn)一步確定系統(tǒng)的物理參數(shù)。因此，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是采用實(shí)驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法來識(shí)別系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)（模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼、振型）的過程[1,2]。模態(tài)參數(shù)識(shí)別是試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的核心。
試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法又稱模態(tài)分析的試驗(yàn)過程。是一個(gè)綜合運(yùn)用線性振動(dòng)理論、動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)、數(shù)字信號(hào)技術(shù)處理和參數(shù)識(shí)別等手段，進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別的過程，是對(duì)結(jié)構(gòu)或系
統(tǒng)進(jìn)行分析的一種試驗(yàn)建模方法。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的目的是，通過試驗(yàn)測(cè)得激勵(lì)和響應(yīng)的時(shí)間歷程，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)求得頻響函數(shù)(傳遞函數(shù))或脈沖響應(yīng)函數(shù)，然后進(jìn)行曲線擬合得到系統(tǒng)的非參數(shù)模型;最后，運(yùn)用參數(shù)識(shí)別方法，計(jì)算出決定結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，進(jìn)而建立起結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型。為下一步的動(dòng)力響應(yīng)分析，理論計(jì)算模型的驗(yàn)證和結(jié)構(gòu)的修改提供重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。
目前，頻響函數(shù)測(cè)試技術(shù)正沿著兩條道路發(fā)展。一條道路是單點(diǎn)激振多點(diǎn)測(cè)量(或一點(diǎn)測(cè)量，逐點(diǎn)激振)技術(shù);另一條道路是多點(diǎn)激振多點(diǎn)測(cè)量技術(shù)。多點(diǎn)激振技術(shù)適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如船體、機(jī)體或大型車輛結(jié)構(gòu)等。它采用多個(gè)激振器，以相同的頻率和不同的力幅和相位差，在結(jié)構(gòu)的多個(gè)選定點(diǎn)上，實(shí)施激勵(lì)，使結(jié)構(gòu)發(fā)生接近于實(shí)際振動(dòng)烈度的振動(dòng)。它能夠激勵(lì)出系統(tǒng)的各階純模態(tài)來，從而提高了模態(tài)參數(shù)曲識(shí)別精度。但是這種技術(shù)要求配備復(fù)雜昂貴的儀器設(shè)備，測(cè)試周期也比較長(zhǎng)。相比較而言，由于多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的飛速發(fā)展，使得單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)響應(yīng)這一頻率響應(yīng)函數(shù)測(cè)量技術(shù)有了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，并推動(dòng)了這種快速、簡(jiǎn)單的測(cè)量方法在眾多工程實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。在頻響測(cè)量分析中，一般情況下，固有頻率被認(rèn)為是最能準(zhǔn)確得到的，因而頻響分析工作往往首先從尋求固有頻率開始，然后求得結(jié)構(gòu)阻尼。阻尼確定之后，接下去的工作便是求取剛度和質(zhì)量。對(duì)于多自由度系統(tǒng)來說，還要確定振型，并對(duì)振型進(jìn)行適當(dāng)?shù)臍w一化后，剛度和質(zhì)量參數(shù)才能確定。因此多自由度系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，除阻尼、剛度、質(zhì)量和模態(tài)頻率外，還有一個(gè)重要的參數(shù)，就是模態(tài)振型。...
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