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1.2.3機床動態(tài)特性研究的方法

機床結構動態(tài)特性的研究方法大體可以分為理論研究方法、試驗研究方法和

理論與試驗相結合的研究方法^[8]。理論研究方法是按照設計圖紙，建立機床結構

的動力學模型，根據(jù)這個模型進行分析、綜合和計算，邊分析邊改進設計，逐步達到預先給定的設計要求；試驗研究方法是對機床的具體結構進行動態(tài)測試，根據(jù)測試數(shù)據(jù)進行動力分析，找出限制機床動態(tài)性能提高的薄弱環(huán)節(jié)為改進設計提供依據(jù)；兩種相結合的方法是以測試數(shù)據(jù)為基礎，建立機床結構的力學模型，再根據(jù)這個力學模型進行動力分析和動力設計，這樣做可以預測改進設計的效果，有效地達到改進設計的目的。下面就這三種方法做簡單介紹。

隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展和工藝水平的提高，機床產(chǎn)品和設備不斷向高速、高效、精密、輕量化和自動化方向發(fā)展，對機床的要求越來越高。這些性能要求與機床的動態(tài)特性有著十分密切的關系，改善機床動態(tài)特性，可以提高機床的抗振性能、加工精度和效率、延長使用壽命、增加可靠性和減少機床的機械噪聲。

目前，對機械結構動態(tài)性能的研究主要有三種基本方法，即有限元理論建模及分析方法、試驗建模及分析方法、二者相結合的方法。

有限元理論建模及分析方法是基于結構動力學原理，根據(jù)結構的設計方案、圖樣、經(jīng)驗知識和資料等建立起能模擬機械結構動態(tài)特性的有限元動力學模型，而無需依賴己有的機械設備。通過對該動力學模型的分析計算，即可獲得該機械結構各種模擬的動態(tài)特性。這不僅可以檢驗其動態(tài)特性是否滿足設計目標、是否需要對結構進行修改，還可通過對理論模型的計算機仿真，預估結構設計及其改進后的動力特性或對其進行動態(tài)優(yōu)化設計，從而可對多種設計方案反復進行分析比較、修改，使其動態(tài)特性逼近設計目標函數(shù)的要求。

試驗建模及分析方法是通過對己有機床或其模擬試驗裝置進行動態(tài)試驗以得到激勵和響應信息，并根據(jù)所得信息識別振動結構模型參數(shù)的規(guī)律和方法。對大多數(shù)問題，輸入、系統(tǒng)和輸出三者之間有著確定性的關系，只有少數(shù)非線性問題，這種確定性關系才不存在。因此人們以一定假設為前提，以一定理論為基礎，以動態(tài)試驗及其所得信息的分析理論為手段，研究得到系統(tǒng)辨識的多種方法，從而可建立試驗所得的動力學模型，對其進行分析求解，即可求得其動態(tài)特性。這就形成了試驗模態(tài)分析的理論和方法。該方法是對現(xiàn)有機床（或其試驗裝置)進行動態(tài)試驗建模，因而避免了結構、各結合部連接條件及其等效動力學參數(shù)、阻尼假設、各種邊界條件的近似及簡化，以及近似計算等帶來的誤差，故所得試驗模型與現(xiàn)有機床的實際工況有較高的精度吻合，對其動態(tài)特性的模擬精度較高，這也是該方法最突出的優(yōu)點。

事實上這兩種方法并無嚴格的界定，模態(tài)分析是研究結構動力特性的一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領域中的應用^[9]。模態(tài)是機械結構的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態(tài)分析。這個分析過程如果是由有限元計算的方法取得的，則稱為計算模態(tài)分析；如果通過試驗將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號經(jīng)過參數(shù)識別獲得模態(tài)參數(shù)，稱為試驗模態(tài)分析。有限元模態(tài)分析方法在當今迅速發(fā)展，其分析軟件種類繁多，對于解決單一機床零部件的動力分析己達到一定的精度可用于單一零部件的動力優(yōu)化設計，但對于機床整機復雜的結合體、運動體等進行CAE理論模態(tài)分析，難于解決機床整機結構動力優(yōu)化設計，特別是對各結合面的剛度、阻尼分布難于建立與實際相一致的數(shù)學模型和物理模型。在實際分析中試驗模態(tài)分析法能及時的對動力學模型進行結果檢驗并補充修正，能比較真實的反應實際情況，故通常都會采用試驗模態(tài)進行動態(tài)特性分析。 *

理論與試驗相結合的方法把機械結構有限元理論模態(tài)分析的正過程和試驗模態(tài)分析的逆過程有機地結合起來，并根據(jù)實際需要交替反復應用，從而實現(xiàn)了機械結構的動力修改至動態(tài)優(yōu)化設計的全過程，以求得系統(tǒng)最優(yōu)的數(shù)學模型及其最優(yōu)的動態(tài)特性模態(tài)分析，稱為理論——試驗模態(tài)分析。該方法進一步擴大了前兩種方法工程應用的范圍并顯著提高其工程應用的效果，己成為目前的發(fā)展方向。

本文采摘自“VMC1060型立式加工中心試驗模態(tài)分析”，因為編輯困難導致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡中查找相關文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡僅供學習參考，轉載請注明！

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