[发明专利]一种基于激光追踪测量系统机械结构的模态分析方法

权利要求书

1.一种基于激光追踪测量系统机械结构的模态分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：建立激光追踪测量系统机械结构的三维模型；在三维软件Inventor中建立激光追踪测量系统机械结构的三维模型；

步骤二：对建立的激光追踪测量系统机械结构的三维模型进行简化处理；简化处理的三维模型包括仪器底座、回转轴支撑、俯仰轴支撑、光学平台；

步骤三：基于简化处理的三维模型建立激光追踪测量系统机械结构有限元模型；在ANSYS Workbench中创建modal分析项目，将步骤二中建立的简化处理的三维模型导入到分析项目中，并作为分析对象；然后定义材料数据，选择的材料为45结构钢和模具钢H13，定义三维模型各部件的连接方式；

步骤四：对三维模型建立的激光追踪测量系统机械结构有限元模型的网格划分和边界条件进行确定；在网格划分之前，在ANSYS Workbench中的Design Model模块中将零件进行布尔和操作以合并零件；采用四面体网格划分，对结构进行全局网格划分，然后对局部进行网格划分，使分析结果更加准确；激光追踪测量系统在工作时固定在某一个位置，对机械结构模态分析施加正确的边界条件，即对机械结构的底面施加面约束；

步骤五：建立激光追踪测量系统机械结构振动的理论模型；推导激光追踪测量系统机械结构的物理振动模型，包括机械结构固有频率与结构刚度、质量或转动惯量的关系；

根据线性叠加原理，将结构系统分解为多种模式的叠加，线性多自由度系统分解为N个单自由度子系统；系统的频率响应函数是每个单自由度子系统的频率响应函数的加权和，即：

其中M_n为子系统质量矩阵，K_n为子系统刚度矩阵，C_n为子系统阻尼矩阵；在有限元分析的基础上，两自由度激光追踪测量系统机械结构的整体运动方程为：

为系统机械结构的节点加速度向量；{u}为系统机械结构的节点位移向量；

在无阻尼振动系统中，激光追踪测量系统机械结构基于有限个特征单元，结构的刚度和质量都保持恒定，机械结构的振动方程如下所示：

刚度矩阵包括预应力效应带来的附加刚度；对于线性系统，自由振动满足下面方程：

式中，为第i阶模态形状的特征向量；ω_ι为第i阶自然振动频率；

由(3)(4)两式推得激光追踪测量系统机械结构的自由振动方程为：

得到机械结构的振动特征方程为：

由此求出第i阶自然振动频率ω_ι：

则激光追踪测量系统机械结构的第i阶固有频率为：

步骤六：激光追踪测量系统机械结构的固有频率分析及模态振型结果分析；在modal选项中的Analysis Settings中设置分析前6阶模态，经过分析计算在Mechanical中同步更新求解过程信息；利用Total Deformation求解器查看各阶模态的固有频率和振型。