ANSYS Workbench和SolidWorks整體硬質合金絲錐的模態分析

2013-07-28 by:廣州有限元培訓實踐中心來源:仿真在線

1 引言

絲錐是在經過鉆頭或其它工具已加工好的底孔上進行攻絲的,切屑和排屑均在極為狹窄的空間內進行。整體硬質合金絲錐相對于普通高速鋼絲錐的攻絲速度至少快4倍以上,可大幅提高攻絲生產率,并且刀具壽命更長。因此,為從根本上防止攻絲時發生共振,必須對整體硬質合金絲錐進行有限元模態分析。

2 模態分析的基本理論

模態分析的經典定義:將線性定常系統振動微分方程組中的物理坐標變換為模態坐標,使方程組解耦,成為一組以模態坐標及模態參數描述的獨立方程,以便求出系統的模態參數。坐標變換的變換矩陣為模態矩陣,其每列為模態振型。一個n個自由度線形系統,其運動微分方程為

式中,M、C、K分別為系統的質量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣;x(t)及f(t)分別為系統各點的位移響應向量和激勵力向量。

求解f(t)=0的齊次方程,得到方程的通解,將反映系統的自由振動特性;求解它所對應的特征方程得到系統的特征值,將反映結構的固有特性。

求解f(t)≠0時的非齊次方程,得到方程的特解,將反映輸入載荷的特點。固有頻率和主振型是振動系統的自然屬性,必須通過研究無阻尼的自由振動來求解。

由式(1)變形為

式(2)的解,可以假設為以下形式

式中,φ是n階向量,ω是向量φ的振動頻率,t是時間變量,t0是由初始條件確定的時間常數。將式(3)代入式(2),得到一個廣義特征值問題,即

求解以上方程,可以確定φ和ω。結果得到n個特征值(ω212,φ1),(ω222,φ2),……,(ω2n2,φn)。其中,特征值ω1,ω2,……,ωn,代表系統的n個固有頻率,特征向量φ1,φ2,……,φn代表系統的n個固有振型。

3 整體硬質合金絲錐模型的建立

SolidWorks是在Windows環境下開發出來的3D實體模型構件系統,是為產品設計師和工程師提供的一套完整高效的計算機輔助設計軟件。SolidWorks可協助各制造產業提升產品設計效率,以最短的時間完成產品的設計開發,為企業取得產品上市的先機和競爭優勢。要在SolidWorks中建立模型,必須掌握以草圖為基礎的建模方式,就是在做每個特征之前,首先做出草圖,然后以此為基礎進行構建,注意在建立刀具模型時要盡量按照其加工工藝來進行,這樣是比較合理的建模順序。

4 整體硬質合金絲錐的模態分析

本文是基于ANSYS Workbench對整體硬質合金絲錐的模態分析。ANSYS Workbench是用ANSYS求解實際問題的新一代產品,它強大的功能給ANSYS的求解提供了很大幫助。這種環境為CAD系統和設計提供了全新的平臺,保證了很好的CAE結果。

AWE中的結構模態分析是線性的,在分析中忽略系統阻尼對自身振動特性的影響,而且,任何所施加的力載荷在模態分析中都不考慮。對整體硬質合金絲錐進行模態分析時,一般不必求出全部固有頻率和振型,而應著重考慮系統工作條件下所涉及的頻率。因為通常只有這些階次的固有頻率可能引起系統共振。同時,在ANSYS Workbench中,由于得出的振幅是經過處理的相對值,因此并不能真正反映實際振幅。

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