[01206024]高档数控机床固定结合面虚拟等效横向各向同性材料有限元建模方法与技术

“高档数控机床”是“中国制造2025”的重点发展领域。提高高档数控机床的质量,必须有先进的数控机床结构数字化设计技术为支撑,这种数字化设计技术必须能实现对数控机床整机结构动力学的高精度建模与分析,其中必须包含固定结合面动力学高精度建模技术。突破固定结合面建模在高档数控机床整机结构动力学建模分析与创新设计中的瓶颈约束,对装备设计制造具有普遍意义。本项目来源于山西省科技厅,得到山西省自然科学基金支持。 本项目以在高档数控机床结构中普遍存在的固定结合面为研究对象,以固定结合面动力学建模为主线,以提高固定结合面建模精度和实施便捷为目标,从固定结合面法向与切向动力学特性不同入手,探索实施便捷的固定结合面宏观等效动力学高精度建模方法与技术,提出方便实施的高档数控机床固定结合面高精度建模理论与技术,为提高我国高档数控机床数字化设计水平提供理论和技术支撑。主要成果如下： 1)粗糙表面分形参数的高精度识别计算方法 将小波的多尺度分析能力与分形的多尺度自相似特征相结合,研究提出了粗糙表面微观形貌分形维数的对数小波谱识别计算方法和分形粗糙度参数小波识别计算法。其中,分形粗糙表面特征长度尺度参数小波识别法是国内外首次提出。 2)固定结合面宏观等效动力学高精度建模方法与技术 基于固定结合面动力学特性具有各向异性的特点,忽略其切向各向很小的动力学特性差异,以横向各向同性虚拟材料来模拟固定结合面动力学特性,应用横观各向同性材料有限元建模方法实现了固定结合面宏观等效动力学建模,实现了与有限元软件无缝衔接集成。该方法是国内外首次提出。 3)结合面切向接触等效黏性阻尼分形模型 基于接触分形理论、结合面切向接触阻尼耗能机理以及阻尼损耗因子的定义,建立了结合面切向接触等效黏性阻尼的分形模型及其损耗因子模型。 4)粗糙表面弹塑性接触连续光滑指数函数模型与法向接触刚度模型 针对微凸体在完全弹性、弹塑性和完全塑性变形阶段接触载荷和接触面积的不连续、跳跃和不光滑,以及平均接触压力的不单调问题,提出了一种新颖的近似指数形式的解析模型。 5)机械加工表面形貌分形维数的1/f过程小波识别法 结合小波所具有的多尺度分析能力,提出了表征机械加工表面形貌分形维数的 1/f 过程小波识别法。 发表论文与授权的发明专利如下： 1)基于等效横观各向同性虚拟材料的固定结合部建模方法,机械工程学报,2017,53（15）:141-147 2)分形粗糙表面特征长度尺度参数小波识别法,机械工程学报,2018,54（5）:185-192 3)结合面切向接触等效黏性阻尼分形模型,西安交通大学学报,2017,51（1）:1-8 4)机械加工表面轮廓分形维数对数小波谱计算方法,中国机械工程,2016,27（23）:3142-3148 5)机械加工表面形貌分形维数的 1/f 过程小波识别法,机械强度,2019,41（4）:777-784 6)考虑弹塑性阶段的结合面法向接触阻尼分形模型研究,机械工程学报,2019,55（16）:58-68 7)Fractal loading model of the joint interface considering strain hardening of materials,Advances in Materials Science and Engineering,Volume 2019, Article ID 2108162 8)授权国家发明专利：识别机械加工表面轮廓分形特征长度尺度参数的小波方法,ZL201510999583.8 9)授权国家发明专利：一种机械固定结合部建模方法,ZL201510999870.9