一种机床固定结合部的动力学参数化建模方法

在全面分析机床固定结合部动力学特性的影响因素（结合面接触长、宽、粗糙度和预紧力）基础上,根据正交试验理论设计了结合面动力学特性实验试件.利用机床固定结合部动力学建模及其参数识别理论,识别各种工况下试件的动力学模型参数.在对结合面动力学模型参数深入分析的基础上,利用曲面响应法,建立了机床固定结合部动力学参数化数学统计模型.实验验证了该模型的有效性,为数控机床整机动力学精确建模提供了理论基础.     

预紧力与非线性作用的螺栓结合部动力学特性

为研究预紧力对螺栓结合部动力学特性的影响,该文选择一种双螺栓结合部试件作为研究对象,通过理论推导利用集中参数法在试件一阶模态处建立了单自由度简化模型;通过模态实验获得了不同螺栓预紧力下结构一阶动力学特性的变化情况;在激振实验的基础上,利用力状态映射法对结合部在不同预紧力下非线性等效动力学参数进行了辨识。结果表明:结合部非线性会随预紧力降低而增强。在预紧力较低时,对结合部进行准确动力学建模需要考虑非线性因素的影响。     

面向结合面密封性能要求的装配连接工艺设计

为在产品设计阶段规划出满足密封性能要求的装配连接工艺,提出了一种面向结合面密封性能要求的装配连接工艺数字化设计方法.采用接触非线性有限元技术和弹性相互作用理论建立了螺栓组连接有限元模型,研究了螺栓预紧顺序、预紧力水平与结合面连接性能间的关系,构建了各螺栓预紧力大小与结合面压力间的关联模型,进而利用该关联模型,根据工况载荷下设备对密封性能的要求反求装配连接工艺.以发动机缸体缸盖装配连接为例,建立了发动机曲柄连杆机构动力学模型,分析了其工况载荷,并在缸体、缸盖和缸垫有限元模型的基础上,确定出工况载荷下发动机密封性能对结合面压力分布的要求,最后利用螺栓组连接与结合面压力间的关联模型反求出各螺栓预紧力的大小,通过与该型发动机已有装配连接工艺对比,验证了该设计方法的可行性.     

螺栓支承面有效半径的影响因素

为得到螺栓拧紧扭矩与预紧力之间的精确关系,对影响螺栓支承面(螺栓头和螺母)有效半径的计算方法、预紧力、被连接件弹性模量、板厚、孔隙、螺距等因素进行了研究.采用ANSYS参数化设计语言,构建了具有螺纹特征的螺栓连接件参数化有限元模型,通过Ⅰ-Scan压力薄膜传感器测量被连接板结合面的压力分布,并与有限元模型的计算结果进行比较,间接地验证了参数化模型的可靠性.通过获取螺栓连接件支承面的压力分布方式,结合螺栓支承面有效半径的计算方法对螺栓支承面的有效半径进行了计算.计算结果表明,螺栓支承面的有效半径随着预紧力、孔隙的增加而增加,随着板厚、被连接板弹性模量的增加而减小,有效半径与预紧力、弹性模量之间成非线性关系,与孔隙之间成线性关系且斜率为0.53～0.56.     

基于Iwan模型的螺栓非线性接触建模与参数辨识

螺栓连接在使用过程中会产生非线性现象,主要包括微观碰磨与宏观滑移等。本文主要建立了基于Iwan模型的螺栓连接结构动力学模型,并通过实验研究实现了模型的参数辨识。引入六参数Iwan模型,对力-位移方程进行数值求解,绘制Iwan模型非线性位移与非线性力关系曲线,解决了传统螺栓连接模型计算精度不高的问题。针对螺栓结构动力学模型参数辨识问题,采用万能试验机拉伸实验与振动实验平台激振试验结合,识别构建的模型参数,实现模型构建。实验结果表明随着螺栓直径的增加,宏观滑移残余刚度会随之增加。研究结果可为螺栓结构设计分析与计算提供参考。     

谐调螺栓连接对航空发动机静子系统动力学特性影响

在航空发动机的设计阶段或正常工作时,螺栓连接结构的每个螺栓沿着法兰边周向均匀分布,且预紧力相同,因此该螺栓连接结构是周期谐调分布的.为了研究谐调螺栓连接结构对航空发动机静子系统动力学特性的影响,将改进薄层单元法应用到这种结构中,该方法能够考虑螺栓连接周向刚度非均匀分布的特点,并且分块的薄层单元的材料参数可以通过螺栓连接的结构、载荷参数来确定,无需进行试验数据修正.首先,简单阐述了螺栓连接结构改进薄层单元法的基本理论;其次,将方法应用到含有螺栓连接结构的简化机匣中,研究了螺栓预紧力、螺杆直径、螺栓材料参数、螺栓个数对机匣固有特性的影响,并提出了刚度比k和参数χ来说明影响的规律;最后,研究了螺栓预紧力对机匣稳态响应特性的影响规律.结果表明:螺栓预紧力对机匣固有特性影响最大,具体到各阶振动,所有参数均对第1阶横向弯曲振动影响最大,对第3阶振动几乎没影响;随着螺栓预紧力的降低,整个结构稳态响应曲线的同阶峰值点逐渐向左移动,响应幅值逐渐升高,因此对于航空发动静子系统,不能忽略螺栓连接结构的影响.     

六角端面六角头螺栓扭矩系数理论计算

螺栓紧固件在工程中得到广泛应用,其扭矩系数反映了在拧紧过程中预紧力与扭矩之间的关系.目前螺栓扭矩系数的研究大多集中于圆环端面螺栓,对于其他端面类型螺栓的研究相对较少.通过受力分析,建立了六角端面六角头螺栓的力学模型.利用圆环端面扭矩的计算公式,推导出六角端面六角头螺栓预紧力与扭矩的关系,并给出扭矩系数的精确计算公式.然后采用拧紧试验机对不同尺寸螺栓的扭矩系数进行实验测量,将理论结果与实测结果相比较,结果表明,理论结果与实验结果相吻合.     

基于贝叶斯推断的卫星螺栓连接结构动力学参数识别

在卫星等航天器结构运行过程中，螺栓连接结构会导致卫星刚度损失和能量耗散.对于某卫星螺栓连接结构开展了含能量耗散与滞回效应的动力学参数识别分析方法研究.首先针对螺栓连接结构的力学特征给出了含动力学耗散的Bouc-Wen(B-W)模型，并推导其在不同荷载下的方程新式.进而分别构建了力锤激励冲击加载和激振器周期加载试验系统，基于贝叶斯推断模型开展了螺栓连接结构动力学参数反演识别研究，给出表征Bouc-Wen模型的螺栓连接结构动力学参数及其在周期荷载下的滞回曲线.最后，基于Bouc-Wen模型计算了不同荷载下卫星螺栓连接结构的加速度.通过计算方程新式计算数据与实测数据之间的均方误差对比两种方法的拟合程度，结果表明两者的均方误差较小，所提方法在解决卫星螺栓连接结构动力学参数识别方面具有可行性和准确性.     

地脚螺栓蠕变松弛对大型数控机床几何精度衰退的影响

针对大型数控机床地脚螺栓蠕变松弛的问题,建立了分布式螺栓预紧力和蠕变力的计算模型及螺栓顺序预紧和室温蠕变的模拟模型。计算模型中考虑了螺栓常温蠕变特征和螺栓孔单元间的弹性交互作用,量化分析时利用了模拟模型,以揭示蠕变松弛对机床几何精度衰退的影响规律。结合20℃环境温度下拉拔实验获得了8.8级T型地脚螺栓的3个蠕变系数,再经9 000h蠕变模拟得到的地脚螺栓预紧力松弛比约为14.8%,床身导轨安装面直线度和平行度的相对衰退量分别为4.3μm和2.8μm。该结果表明,所建模型对大型数控机床基础件的螺栓预紧优化和几何精度保持能力的提升具有指导意义。     

螺栓预紧力对输电杆塔强度的影响

针对实际线路段,利用ABAQUS软件建立塔线耦合体系有限元模型,数值模拟该塔线体系在典型荷载作用下的应力和变形.根据现场倒塔情况,建立杆塔破坏局部区域三维实体模型,并与其它部分杆梁模型连接得到杆塔整体有限元模型.三维局部区域模型考虑了螺栓和连接板之间的连接细节、螺栓预紧力、螺杆和螺孔之间的间隙等.进而数值模拟研究螺栓预紧力大小对螺栓的滑移和杆塔构件应力的影响.结果表明,过小的预紧力会导致螺栓产生明显滑移,增大螺栓和杆塔构件的应力,因而螺栓预紧力不足可能是导致杆塔破坏的主要原因之一.     

干/湿状态下HFRP搭接接头的剪切蠕变试验及分数阶导数流变模型

搭接是纤维增强复合材料(FRP)的重要连接方式,长期性能是该技术实际工程应用的关键.对不同恒定应力和湿度状态下混杂FRP(HFRP)双搭接接头的剪切蠕变性能进行了试验研究.试验观测到了明显的蠕变变形,测定了蠕变与恒定应力及湿度的关系.进一步采用分数阶导数流变模型对试件的蠕变进行模拟.根据模型所包含的Mittag-Leffler函数的性质采用了改进的Powell优化算法,并确定了合理的初值,结合试验曲线拟合得到模型各参数值.根据搭接接头蠕变的特点,在经典分数阶流变模型中引入了表征应力水平对搭接接头非线性蠕变特性影响的函数,提出了一种改进的分数阶蠕变柔量计算公式.研究结果表明,该流变模型能够采用简单的表达形式和较少的参数对试件的非线性蠕变行为进行拟合,在30%~70%恒定应力范围内准确模拟了双剪搭接接头的蠕变曲线.     

数控机床主轴刀柄锥配合结合部动力学建模

在分析现有主轴刀柄动力学建模方法缺点的基础上,根据刚度影响因子的概念,建立了锥配合结合部动力学模型,并利用结构动力学矩阵与频率响应函数矩阵互逆的特性,识别出结合部的动力学模型参数.实验表明:计算出的模型固有频率与模态实验得到的值的相对误差在10%左右,验证了所建模型的有效性.     

手臂疲劳时表面肌电信号特征

为了解表面肌电信号(surface electromyography, sEMG)特征的变化规律,找出更加有效的疲劳特征参数组合,通过回归分析和皮尔逊相关系数分析的方法研究了6名受试者负重状态下,手臂表面肌电信号的时域、频域和时频域特征参数与主观疲劳感量表(rating of perceived exertion, RPE)之间的关系。结果表明:随着负重时间的持续,sEMG的时域特征均方根值(root mean square, RMS)和积分肌电值(integrated electromyography, iEMG)有上升趋势,频域特征平均功率频率(mean power frequency, MPF)、中值频率(media frequency, MF)有下降趋势,而时频域特征瞬时平均频率(instantaneous mean power frequency, IMPF)、瞬时中值频率(instantaneous median frequency, IMF)出现先短暂上升然后下降趋势。对各特征参数进行非线性拟合,发现RMS和iEMG幂函数拟合优于指数函数拟合,而MPF、MF、IMPF和IMF指数函数拟合优于幂函数。对联合特征参数进行多元回归分析,发现RMS与MF组成的回归模型判定系数R~2最大。可见RMS与MF相结合作为评估肌肉疲劳的联合参数更加合理有效。     

填料密封预紧应力与磨损量和泄漏量的映射模型

核电因其辐射性,对相关设备密封要求高。填料密封是广泛用于核电机械中孔轴配合之间的动密封方式。填料密封的预紧力越大,密封效果越好,但磨损速度也会增大,使用寿命随之降低。因此通过研究预紧力与密封介质泄漏率和密封材料磨损率之间的关系,建立不同预紧应力对密封介质泄漏和密封材料磨损的映射关系模型,基于实验数据对该模型关键参数进行识别,得到磨损量和泄漏量的最终模型,通过实验对修正模型的准确性进行了验证。     

孔隙比对土体动力特性参数的影响-以豫东平原粉土为例

孔隙比是粉土重要的物性参数,影响着粉土的动力特性参数,进而影响到粉土场地的动力稳定性评价.为分析豫东平原粉土孔隙比对动力特性参数的影响规律,利用固定自由型共振柱测试仪,对取自豫东平原地区的粉土进行重塑共振柱试验,研究不同固结压力下粉土孔隙比对动剪切模量和阻尼比的影响.研究发现:不同孔隙比粉土动剪切模量随动剪应变的增大存在相同的衰减趋势,不同孔隙比粉土阻尼比随动剪应变的增大存在相同的增长趋势;固结围压一定时,粉土动力特性参数随孔隙比的增大而降低;在相同试验条件下,小孔隙比粉土的最大动剪切模量大于大孔隙比粉土的最大动剪切模量;用线性函数能较好地拟合粉土最大动剪切模量与孔隙比之间的关系.研究提出了适用于豫东平原粉土的动剪切模量比和阻尼比拟合函数及参数值,为粉土场地动力稳定性评价提供依据.     

喷涂机器人关节PID控制器自适应模型的建立

针对喷涂机器人各关节传递函数时变的特点,提出一种PID自适应控制的新方法。在对喷涂机器人进行动力学分析的基础上,应用数值法简化关节动力学方程,进而建立各关节的传递函数,并通过试验,设计在不同位置的PID控制器,获取相应的PID参数。应用最小二乘法建立PID参数与关节转角位置的关系模型。为验证模型的准确性,利用该模型指导了下一时刻关节PID控制器的设计,并进行了仿真试验。结果表明,在模型指导下所设计的PID控制器响应速度快,基本可满足喷涂作业的要求。     

含分布式电源和电动汽车的配电网可靠性评估

针对目前大规模分布式电源和电动汽车接入配电网后,给配电网可靠性带来一定影响的问题,提出了一种含有分布式电源和电动汽车的新型配电网的可靠性评估方法。首先,考虑到风光出力的不确定性和相关性,选择拟合性最优的Frank-Copula函数,建立了风光联合出力概率模型。其次,分析了电动汽车用户行为特征,提出了基于动态分时电价的电动汽车有序充放电控制策略。最后,基于改进IEEE-RBTS Bus6测试系统的主馈线F4,对系统的可靠性指标进行计算分析,结果表明所提的风光联合出力模型和有序充放电控制策略可以有效降低对配电网可靠性的影响。     

螺栓结合部静态迟滞行为分析及刚度和阻尼辨识

获得螺栓结合部的静态迟滞行为并开展刚度、阻尼辨识,对于螺栓结合部设计以及装配工艺制定十分重要.利用三维有限元模型预测螺栓结合部迟滞特性,并给出了螺栓联接接触参数的设置方法.针对获得的迟滞曲线,采用最小二乘多项式拟合推导确定了结合部刚度及阻尼参数的辨识公式.以一个简单的螺栓搭接梁为对象进行了实例研究,试验证明了该搭接梁有限元模型及获得的迟滞曲线的合理性,利用获得的迟滞曲线辨识了该螺栓结合部的时变刚度、平均刚度和损耗因子等参数.研究表明:随着预紧力的增加,螺栓结合部的刚度增加而损耗因子(阻尼参数)减小.     

工业机器人动力学模型参数辨识的新方法

通过让机器人各关节静止,逐个让单个关节恒速运行和逐个让单个关节恒加速运行而让其它关节固定不动的3组实验全部辨识出工业机器人的动力学参数。这种辨识方法既考虑了关节力矩传递机构的影响又考虑了驱动电机特性参数的影响,因此是一种实用的辨识方法。