有限元轴承分析论文jzg
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摘 要 I
第 1 章 绪 论 1
1.1 课题简介 1
1.2 有限元简介 1
1.3 模态分析简介 1
第 2 章 基于ANSYS WORKBENCH轴承的模态分析 4
2.1 引言 4
2.2 有限元模型的建立 4
2.2.1三维模型的建立 4
2.2.2材料属性 5
2.2.3 网格划分 5
2.2.4 施加载荷与约束 6
2.3 模态分析 7
2.3.1 有限元计算结果与分析 7
2.3.2 静力学分析结果 8
2.3.3 模态分析结果 9
结论 13
参考文献 14
致 谢 15
第 1 章 绪 论
1.1课题简介
本课题由崔老师命题，学生自由发挥用课上所学的知识，结合实际应用，我们组选择的是用NSYS WORKBENCH进行轴承的模态分析。
1.2有限元简介
技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。利用简单而又相互作用的元素（即单元），就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。
有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。因为实际问题被较简单的问题所代替，所以这个解不是准确解，而是近似解。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学
1.3模态分析简介
模态分析可分为计算模态和试验模态分析，其结构动态特性用模态参数来表征。在数学上，模态参数是力学系统运动微分方程的特征值和特征矢量，即要知道结构的几何形状、边界条件和材料特性，把结构的质量分布、刚度分布和阻尼分布分别用质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵表示出来，这样就有足够多的信息来确定系统的模态参数(固有频率、阻尼比和模态振型)。理论证明，这些模态参数可以完整地描述系统的动力学特性。实验方面，它是从测量结构上某些点的动态输入力和输出响应开始，并且一般还要将测量得到的数据转换成频响函数。理论证明，这些频响函数可以用模态参数表示，因此试验模态分析的第二步就是从测得的频响函数来估计这些模态参数。模态分析是若干工程学科的综合，涉及到结构动力学理论、数字信号处理、系统辨识和测试技术等学科。随着模态分析专题研究范围的不断扩展，从系统识别到结构灵敏度分析以及动力修改等，模态分析技术已被广义地理
解为包括力学系统动态特性的确定以及与其应用有关的大部分领域。本章将从模态的计算分析和试验分析两个角度来简要介绍模态分析的基本理论。关于模态分析理论做以下三点基本假设:1.线性假设:结构的动态特性是线性的，就是说任何输入组合引起的输出等于各自输出的组合。2.时不变性假设:结构的动态恃性不随时间而变化，因而微分方程的系数是与时间无关的常数。由于不得不安装在结构上的运动传感器的附加质量，可能出现典型的时不变性问题。3.可观测性假设:这意味着用以确定我们所关心的系统动态特性所需要的全部数据都是可以测量的。为了避免出现可观测性问题，合理选择响应自由度是非常重要的。
试验模态分析，又称模态分析的实验过程，是一种试验建模过程，属于结构动力学的逆问题。首先，试验测得激励和响应的时间历程，运用数字信号处理技术求得频响函数（传递函数）或脉冲响应函数，得到系统的非参数模型；其次，运用参数识别方法，求得系统模态参数；最后，如果有必要，进一步确定系统的物理参数。因此，试验模态分析是采用实验与理论分析相结合的方法来识别系统的模态参数（模态频率、模态阻尼、振型）的过程[1,2]。模态参数识别是试验模态分析的核心。
试验模态分析方法又称模态分析的试验过程。是一个综合运用线性振动理论、动态测试技术、数字信号技术处理和参数识别等手段，进行系统识别的过程，是对结构或系
统进行分析的一种试验建模方法。试验模态分析的目的是，通过试验测得激励和响应的时间历程，运用数字信号处理技术求得频响函数(传递函数)或脉冲响应函数，然后进行曲线拟合得到系统的非参数模型;最后，运用参数识别方法，计算出决定结构系统的模态参数，进而建立起结构动态模型。为下一步的动力响应分析，理论计算模型的验证和结构的修改提供重要的技术数据。
目前，频响函数测试技术正沿着两条道路发展。一条道路是单点激振多点测量(或一点测量，逐点激振)技术;另一条道路是多点激振多点测量技术。多点激振技术适用于大型复杂结构，如船体、机体或大型车辆结构等。它采用多个激振器，以相同的频率和不同的力幅和相位差，在结构的多个选定点上，实施激励，使结构发生接近于实际振动烈度的振动。它能够激励出系统的各阶纯模态来，从而提高了模态参数曲识别精度。但是这种技术要求配备复杂昂贵的仪器设备，测试周期也比较长。相比较而言，由于多通道数据采集系统的飞速发展，使得单点激励多点响应这一频率响应函数测量技术有了坚实的物质基础，并推动了这种快速、简单的测量方法在众多工程实际中的广泛应用。在频响测量分析中，一般情况下，固有频率被认为是最能准确得到的，因而频响分析工作往往首先从寻求固有频率开始，然后求得结构阻尼。阻尼确定之后，接下去的工作便是求取刚度和质量。对于多自由度系统来说，还要确定振型，并对振型进行适当的归一化后，刚度和质量参数才能确定。因此多自由度系统的模态参数，除阻尼、刚度、质量和模态频率外，还有一个重要的参数，就是模态振型。...
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