基于靈敏度分析的主軸熱特性有限元模型修正

葉緒康，李郝林

(上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 200093)

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基于靈敏度分析的主軸熱特性有限元模型修正

葉緒康，李郝林

(上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 200093)

提出了一種基于靈敏度分析的模型修正方法。以某機(jī)床廠高精度磨床主軸系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過有限元法仿真主軸系統(tǒng)溫度場，結(jié)合試驗(yàn)測得幾個(gè)關(guān)鍵測量點(diǎn)的實(shí)測溫度，推導(dǎo)出修正邊界條件的靈敏度矩陣，并反求出待修正參數(shù)的優(yōu)化值，修正該主軸系統(tǒng)的熱特性有限元模型。試驗(yàn)結(jié)果表明，基于靈敏度分析的模型修正方法經(jīng)過4次迭代就能收斂到最優(yōu)值，且經(jīng)修正后的模型參數(shù)能使仿真的溫度場最大誤差從11.99%減小到2.88%。

靈敏度分析；有限元模型修正；熱特性

機(jī)床主軸系統(tǒng)熱變形誤差是影響精密機(jī)床加工精度的主要原因之一[1-3]。近年來，國內(nèi)外諸多學(xué)者提出了機(jī)床主軸系統(tǒng)熱特性研究的有限元分析法，其關(guān)鍵所在是建立精確的有限元熱分析模型[4-5]。

由于初始建模的多種簡化假設(shè)以及邊界條件模擬的不精確等因素的影響，導(dǎo)致了有限元模型計(jì)算得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果之間存在較大誤差[6]。需要評(píng)估證明其可信度，由此有限元模型修正技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生[7]。近年來，將有限元模型修正問題轉(zhuǎn)化為參數(shù)優(yōu)化問題進(jìn)行求解是模型修正領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。其中，基于靈敏度分析的模型修正方法具有物理意義明確、計(jì)算過程直觀等特點(diǎn)，是模型修正方法中最具應(yīng)用前景的方法之一[8-10]。……