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有限元模型的建立
利用ANSYS软件提供的接口,把整机简化后的CAD模型导入ANSYS软件中,转化成有限元CAE模型。德国力士乐机床直线导轨的关键部件床身、立柱、垂滑板及横滑枕都是焊接件,材料选用钢,各向同性、介质均匀。材料的密度为7800kg/m3,弹性模量为2.06×1011,泊松比为0.28。考虑到德国力士乐机床直线导轨整体模型的复杂性,同时平衡计算精度和计算时间的要求,采用8节点单元Solid45对零部件进行网格划分。根据实际边界条件,对床身底部在联接螺孔处采用局部固定处理,其他无相对运动的零件之间在联接螺孔处也采用局部固定处理,部件与部件之间在导轨结合面处采用节点位移耦合的方法进行处理。在有限元分析中采用接触单元模拟德国力士乐机床直线导轨部件之间结合面装配关系比较好,这样既接近德国力士乐机床直线导轨本身的应用实际又无需对耦合约束失效做复杂的判断。在这里本文仍采用节点位移耦合的方法处理部件导轨结合面之间的装配关系,原因有两个方面:一是德国力士乐机床直线导轨静态特性分析计算中,采用节点位移耦合的方法与采用接触单元的方法分析计算出来的结果十分相近,二者只在部件导轨结合面局部的变形与应力相差比较大,德国力士乐机床直线导轨整体变形与应力基本一致;二是接触单元法要求在发生接触的部位,接触单元需要的单独定义,有限元分析的收敛性和计算结果与单元划分、选取的接触刚度系数值有较大的关系,计算结果的准确性不容易把握,对大型装配体求解过程需要耗费太长时间。蕞终得到整机有限元网格模型,如图1所示。