【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有限元，尤其涉及一种机床有限元在变结构振动响应确定方法、系统及存储介质。
技术介绍
1、在进行大型重负荷机床的加工作业时，这些机床由于本身的低刚度结构特点以及所使用的静压导轨的速度敏感特性，导致其动力学表现与具体的空间位置紧密相关。此外，由于机床结构在加工过程中的时变性，振动现象变得更加复杂，这使得在加工过程中控制振动并提高加工质量成为一项极具挑战性的任务。而准确的结构动力有限元模型的可用性对设计工程师来说非常重要，因为它使他们能够在计算机层面上改进结构的动力设计。这样的模型除了节省金钱和时间之外，还为机床优化设计提供了基础。但是有限元模型也有一些固有的不准确性或不确定性，例如用有限数量的单个单元逼近连续结构而产生的离散化误差是有限元技术所固有的。
2、此外，由于分析人员在元素选择、边界条件建模、关节等方面所作的假设和简化，也存在其他不准确性。这反映在有限元模型预测和动态测试数据之间的差异上，并且对于大型结构，例如大型加工机床，为了得到机床加工的实时响应，只能通过传感器等手段进行测量，原因在于有限元计算量太大，高精度的动力学建模往往涉及复杂的数学和物理计算，这可能需要大量的计算资源和时间，在有限元中通常需要划分上百万个单元，并且一旦结构发生改变，需要对输入模型进行网格的再次划分，耗时且计算效率低，输入与输出变化较大，即使建立了准确的动力学模型，随着时间的推移，机床的物理特性可能因磨损和老化而改变，这要求模型定期验证和更新，以保持其准确性，因此即使采取数据驱动建模的方式，也需要大量的数据更新，如果数据不够
3、上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供了一种机床有限元在变结构振动响应确定方法、系统及存储介质，旨在解决如何从物理机理上对大型结构在变位置情况下快速得到振动响应的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种机床有限元在变结构振动响应确定方法，所述机床有限元在变结构振动响应确定方法包括：
3、将机床整体结构导入有限元软件中进行网格划分，获得所述机床整体结构对应的多个节点信息，并根据多个节点信息对所述机床整体结构进行单元划分，获得多个单元；
4、根据所述机床整体结构确定多个子结构，并分别对所述子结构进行模态分析，获得各子结构对应的自由度刚度矩阵；
5、根据各子结构对应的自由度刚度矩阵确定子结构结合部刚度矩阵；
6、根据所述子结构结合部刚度矩阵对整体刚度矩阵进行更新，并通过矩阵扰动法对更新后的整体刚度矩阵进行计算，得到频响函数；
7、根据所述频响函数和结构输入激励信号确定各单元振动响应；
8、根据各单元振动响应通过移动最小二乘法离散获得各节点的振动响应。
9、可选地，所述根据多个节点信息对所述机床整体结构进行单元划分，获得多个单元的步骤，包括：
10、分别从多个节点信息中提取多个节点连接矩阵；
11、根据多个节点连接矩阵对所述机床整体结构进行单元划分，获得多个单元。
12、可选地，所述根据各子结构对应的自由度刚度矩阵确定子结构结合部刚度矩阵的步骤，包括：
13、根据各子结构对应的自由度刚度矩阵通过相对连接刚度公式得到子结构结合部刚度矩阵；
14、所述相对连接刚度公式为：
15、δk＝ka+b-ka-kb
16、
17、式中，δk为子结构结合部刚度矩阵，ka为子结构a自由度刚度矩阵，kb为子结构b自由度刚度矩阵，ka+b为子结构a和子结构b装配后的刚度矩阵，ma为子结构a的单个自由度质量，mb为子结构b的单个自由度质量，kij为子结构i和子结构j连接处的刚度大小，kab为子结构a和子结构b连接处的刚度大小。
18、可选地，所述根据所述子结构结合部刚度矩阵对整体刚度矩阵进行更新，并通过矩阵扰动法对更新后的整体刚度矩阵进行计算，得到频响函数的步骤，包括：
19、根据所述子结构结合部刚度矩阵对整体刚度矩阵进行更新，并通过矩阵扰动法对更新后的整体刚度矩阵进行计算，得到固有频率和特征向量；
20、所述更新后的整体刚度矩阵为：
21、
22、式中，为更新后的整体刚度矩阵，ki是子结构a中第i个单元的刚度系数，kj是子结构b中第j个单元的刚度系数；
23、根据所述固有频率和所述特征向量得到频响函数；
24、所述频响函数为：
25、
26、式中，hi(w)为频域中第i阶模态的传递函数，w为自变量，ηi为第i个特征向量，wi为第i个固有频率，ζi为第i阶阻尼比，i是虚数
27、可选地，所述根据所述频响函数和结构输入激励信号确定各单元振动响应的步骤，包括：
28、根据所述频响函数和结构输入激励信号通过响应公式得到各单元振动响应；
29、所述响应公式为：
30、y(f)＝h(f)x(f)
31、式中，h(f)为频响函数，x(f)为结构输入激励信号，y(f)为各单元振动响应。
32、此外，为实现上述目的，本专利技术还提出一种机床有限元在变结构振动响应确定系统，所述机床有限元在变结构振动响应确定系统包括：
33、划分模块，用于将机床整体结构导入有限元软件中进行网格划分，获得所述机床整体结构对应的多个节点信息，并根据多个节点信息对所述机床整体结构进行单元划分，获得多个单元；
34、分析模块，用于根据所述机床整体结构确定多个子结构，并分别对所述子结构进行模态分析，获得各子结构对应的自由度刚度矩阵；
35、确定模块，用于根据各子结构对应的自由度刚度矩阵确定子结构结合部刚度矩阵；
36、计算模块，用于根据所述子结构结合部刚度矩阵对整体刚度矩阵进行更新，并通过矩阵扰动法对更新后的整体刚度矩阵进行计算，得到频响函数；
37、所述计算模块，还用于根据所述频响函数和结构输入激励信号确定各单元振动响应；
38、所述计算模块，还用于根据各单元振动响应通过移动最小二乘法离散获得各节点的振动响应。
39、此外，为实现上述目的，本专利技术还提出一种机床有限元在变结构振动响应确定设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的机床有限元在变结构振动响应确定程序，所述机床有限元在变结构振动响应确定程序配置为实现如上文所述的机床有限元在变结构振动响应确定方法的步骤。
40、此外，为实现上述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机床有限元在变结构振动响应确定方法，其特征在于，所述机床有限元在变结构振动响应确定方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据多个节点信息对所述机床整体结构进行单元划分，获得多个单元的步骤，包括：
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据各子结构对应的自由度刚度矩阵确定子结构结合部刚度矩阵的步骤，包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述子结构结合部刚度矩阵对整体刚度矩阵进行更新，并通过矩阵扰动法对更新后的整体刚度矩阵进行计算，得到频响函数的步骤，包括：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述频响函数和结构输入激励信号确定各单元振动响应的步骤，包括：
6.一种机床有限元在变结构振动响应确定系统，其特征在于，所述机床有限元在变结构振动响应确定系统包括：
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有机床有限元在变结构振动响应确定程序，所述机床有限元在变结构振动响应确定程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的机床有限元在变结
...【技术特征摘要】
1.一种机床有限元在变结构振动响应确定方法，其特征在于，所述机床有限元在变结构振动响应确定方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据多个节点信息对所述机床整体结构进行单元划分，获得多个单元的步骤，包括：
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据各子结构对应的自由度刚度矩阵确定子结构结合部刚度矩阵的步骤，包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述子结构结合部刚度矩阵对整体刚度矩阵进行更新，并通过矩阵扰动法对更新后的整...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐妍妍，毛新勇，邱悦，陈正龙，易文，张文源，李婷，袁建飞，
申请(专利权)人：武汉重型机床集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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