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滾珠絲杠的仿真建模
閱讀：171 發布時間：2020-8-12第三章高速實心/空心滾珠絲杠熱動態性能分析與研究
3.1仿真建模及仿真的邊界條件
3.1.1滾珠絲杠的仿真建模
從某種意義上講，模型是對實際系統的一種近似描述，當然越精確越好，但一味 追求精確，模型就會變得特別復雜，以致沒有實際意義。如果適當降低模型的精度要 求，忽略次要因素，模型就可以簡單些，在計算量和求解上就體現出優勢。所以在建 立實際系統的模型時，要兼顧精確性和復雜性兩方面的因素。在建立空心/實心滾珠 絲杠仿真模型時，網格劃分的原則與模型假設為仿真提供了必要的前提。
網格劃分的原則：一般來說，穩態分析中網格上結點溫度比實際溫度要低。也就 是說，如果加密網格，溫度將增加，但加密到一定程度，結果將不顯著增加(也就是 說，結果收斂)。對于溫度梯度大的地方網格劃分應該細分，對于溫度梯度小的地方， 網格劃分應該稀疏些。當網格不斷細化的過程中，仿真的結果不再變化，說明網格劃 分合適[35]。
仿真與理論的參數差別：溫度變化造成結構材料的物性變化。如金屬的彈性模量、 剪切模量隨溫度的升高而減小；泊松比隨溫度變化不大。線膨脹系數大體上隨溫度的 升高而線性增加；導熱系數隨溫度的增加而減小；比熱容隨溫度的增加而增加。由于 滾珠絲杠上的這些參數受溫度的變化很小，故本課題在理論推導熱變形時忽略溫度變 化對結構材料的物性造成的影響。然而，仿真過程中軟件會根據溫度場的變化實時更 新相關的參數。
在處理溫度場與結構場的耦合時，本文先求解溫度場再將溫度場的結果帶入結構 場求解結構熱變形。圖3.1是仿真的流程圖。從中可以看出在仿真過程中*行溫度 場的仿真，再進行結構場的仿真，而結構場的結果不再影響溫度場。另外，在仿真中 無需分別對溫度場、結構場兩次劃分網格。在ANSYS/Workbench中可自動實現網格 的轉化。
結構場控制方程中包含溫度場參數（熱應力項），但是導熱方程中一般不包含應 力和應變等結構場參數。弱耦合算法先求解導熱控制方程獲得溫度場，對比同一時間 步的初始和終止狀態計算得到全部離散節點上的溫度增量（熱載荷）；其次根據熱載 荷和其他載荷求解結構場控制方程獲得結構變形、應力和應變。在以后每次計算過程 中，弱耦合算法首先更新導熱系統的幾何定義域（即坐標參數），然后順序計算導熱 系統控制方程和結構系統控制方程。本文采用弱耦合即熱仿真的溫度場分布作為熱變 形結構的熱載荷；而結構的應變產生的熱對溫度分布的影響忽略。在實際工程問題中， 這種方法比直接耦合要方便一些，因為分析使用的是單場，不用進行多次迭代計算。
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