由于有限元分析中幾何模型直接決定網格剖分過程和網格結構,所以在幾何建模時需要機床本身具體的空間結構以及力線傳遞軌跡等要素對機床整體結構進行簡化處理,通過相應的簡化達到提高求解效率的目的。簡化方法選取的正確與否直接決定了可靠性分析的效用。
(1)細節簡化。在進行機床幾何構建時,結構中經常存在一些如倒角、倒圓等相對尺寸很小的細節。細節的存在將影響網格的大小、數量和分布。局部特征與整體的尺寸差距越大,有限元網格剖分的結果就在這些地方出現較大的畸變,所以我們要針對這樣的細節進行簡化。
(2)形式變換。機床整體結構復雜,零部件空間特征多樣,在這些不同的空間結構中,進行有限元單元網格剖分時可以采用有針對性的等效處理,以達到便捷劃分網格提高求解效率的目的。
支承件用板件焊接而成,為提高構件的
剛度,在板的一側附有一定數量的加強肋。對于這種結構,不管是采用實體單元剖分網格,還是采取板、梁單元離散結構進行組合,這兩種建模方法都不太可取。類似地,在進行機床整機的有限元建模時,通常將進行下述等效變換:
① 導軌簡化為空間梁單元;
② 將主軸簡化為空間梁單元;
③ 刀庫簡化成一質量,加在相應的位置;
④ 將刀具簡化為空間梁單元;
⑤ 將工件簡化成一質量附加在工作臺上。
(3)局部結構。在對機床進行有限元分析時,有些結構只是在某一局部受力較大,而其它部位不受力或影響較小,或者是只對結構的局部比較關心,在這種情況下,本文所采用的方法是將整體中受力較為集中的部分單獨建模,提取相應載荷,進行局部結構分析的關鍵是如何確定劃分邊界的位置及邊界上的力或位移條件,以較準確考慮舍去部分的作用。
(4)對稱性的利用。當結構形狀和邊界具有某種對稱性時,應力和變形也將呈現相應的對稱分布。這時可以考慮利用結構的對稱性來減小網格規模。