玄武岩纤维树脂混凝土填充结构龙门加工中心横梁优化设计

为探索提高机床加工精度、稳定性和可靠性的新途径,提出了玄武岩纤维树脂混凝土(Basalt fiber reinforced concrete,BFPC)填充结构龙门加工中心机床横梁新构型.首先,以某龙门机床横梁为原型初步设计了BFPC填充结构横梁.其次,利用有限元法对原型横梁的静、动态性能进行分析.再次,根据此分析结果利用Workbench软件中多目标遗传算法(MOGA)对BFPC横梁进行优化.最后对优化后的BFPC填充结构横梁进行验证,结果表明:与原型横梁相比,优化后的BFPC填充结构横梁质量减轻9.14%;最大应力和最大变形分别降低6.54%和10.06%;前六阶固有频率均得到不同程度的提高,其中一阶固有频率提高8.6%;在X、Y、Z三个方向上的最大共振峰值分别降低75.56%、78.05%和75.38%.证明BFPC填充结构横梁在保证轻量化的前提下可显著提高横梁乃至整机静、动态性能的有效性.     

基于有限元分析的内齿铣齿机床身动静态设计

利用有限元软件对内齿铣齿机床身部件进行动、静态分析,根据得出的自由与约束状态下模态及振型和边界条件下的最大静变形,找出原设计中的不足,并在结构及尺寸上加以改进.结果表明,改进后床身的动、静态性能得到显著的提高,为机床设计和改造提供了依据.     

镁—钛系复合合金处理蠕墨铸铁的试验研究——高珠光体蠕墨铸铁缸套的获得

本文主要叙述镁-钛系复合合金蠕化剂处理蠕墨铸铁稳定性的初步试验研究结果,并探讨高珠光体含量蠕墨铸铁的获得方法. 试验结果表明:铁水含碳量在较宽范围内波动,甚至含碳量降低至3.05%(碳当量为3.96%),含硫量高达0.105%,用镁-钛系复合合金处理也能较稳定地获得蠕墨铸铁;适当降低含碳量及提高复合合金的钛/镁此,可以获得高珠光体含量的蠕墨铸铁.蠕墨铸铁硼缸套铸件与灰铸铁硼缸套相比,蠕墨铸铁缸套的相对磨损率为它的63%. 我们认为已研制的镁-钛系复合合金处理的蠕墨铸铁可推广应用于润滑磨损条件下的缸套、压缩机缸体等零部件.     

二自由度平移并联机器人空间静刚度分析

为提高一种二自由度平移并联机器人机构静刚度分析的准确度,该文建立了六维空间静刚度模型,并对主刚度及主方向做出评价.考虑机构的驱动刚度、结构刚度和空间外载荷3个因素对整机静刚度产生的影响,对机构的支链和滚珠丝杠进行静力学分析,求出它们的变形.采用虚拟机构法并根据输入输出之间的速度映射关系分别得到支链和滚珠丝杠引起动平台产生的位姿变形,再由小变形叠加原理推导出机构的整体变形.根据空间外力及外力矩与机构整体变形之间的关系,建立机构的整体空间静刚度模型.基于正交变换法,分析机构的最大最小线位移和角位移刚度的特性.研究结果表明该二自由度平面平移并联机器人机构的静刚度是空间六维的,沿导轨轴线方向的静刚度具有各向同性,垂直于导轨轴线方向的静刚度与其位置有关.     

主轴箱动/静/热态特性综合分析与优化

为了提高主轴箱的静刚度,并减少其变形以及振动对整机加工精度的影响,该文对某大型旋风铣床主轴箱进行了动/静/热态特性仿真分析和综合优化。基于主轴箱模态分析识别出结构的薄弱环节,采用方案对比法对薄弱环节进行了改进研究;并基于热-结构耦合方法对主轴箱进行仿真,得到了力热耦合条件下主轴箱的温度、位移和应力分布云图,并提出相应的改进方案;最终获得主轴箱综合优化方案。优化后的主轴箱一阶固有频率提高了5.02%,最大变形量减小了约80%,最大等效应力减小了76.5%,且质量减小了5.6%。主轴箱的动静刚度得到了提高,热变形与应力也得到了改善,同时为其它关键件的综合特性分析优化提供了借鉴。     

精密工作台空气静压导轨静刚度参数的试验研究

本文采用试验设计、方差分析等数理统计方法,研究了承载能力、气压、气垫结构等因素对导轨静刚度的影响。找出了气垫结构对静刚度的影响最为显著的结果并得到了各参数的较好水平组合,对提高导轨静刚度,改善工作台的精度和平稳性具有重要作用。     

G型结构立式镗铣机床位置刚度数值模拟与试验

研究G型结构立式镗铣机床工作空间位置刚度随工作空间体积变化规律.根据联接单元特征,将主轴轴承、线性导轨及丝杠等动联接采用弹簧等效;建立整机静刚度预测实体模型;结合有限元方法数值模拟工作台、主轴及整机X、Y、Z误差敏感方向工作空间的位置刚度分布,以离散点试验验证研究立式镗铣机床X、Y、Z三向的静刚度.结果表明:机床离散点试验获得的静刚度数据与数值计算结果最大误差为8.7%,主轴三向静刚度随Z轴行程增加而非线性减小,工作台X、Y轴中间位置三向静刚度最大,呈抛物状向外递减,机床整机静刚度同工作台静刚度呈相似分布规律.数值模拟数据为G型精密机床结构设计及位置误差补偿提供了理论基础.     

基于多目标的九轴五联动磨床整机分析与结构优化

现有的九轴五联动数控缓进给磨床运动环节多,在工作过程中可能出现刚度不 足、床身等铸件变形及加工精度失准等问题 . 以磨床的最大变形量以及模态分析下的一阶固 有频率作为主要优化目标,整身质量作为次要目标,利用 ANSYS Workbench 对磨床进行分析 与优化,结合灵敏度分析对原有结构进行改进,得到各关键零部件新的设计方案,在磨床整机 质量上升一定的程度上,磨床的最大静变形及一阶固有频率得到很大改进 . 再使用遗传算法 （Genetic Algorithm）优化后的极限学习机网络模型（Extreme Learning Machine）联合遗传算法对 该九轴五联动磨床改进结构的一些主要参数进行优化：首先,利用灰色关联分析将磨床的整 机质量、最大静变形及一阶固有频率转成综合目标灰色关联度,其次,通过遗传算法优化后的 极限学习机网络模型（Genetic Algorithm-Extreme Learning Machine）拟合改进磨床主要参数与 综合目标灰色关联度之间的非线性耦合关系,最后,使用 GA 强大的寻优能力在训练好的 GA-ELM 网络模型中寻找最优工艺参数,优化后九轴五联动磨床的整机质量、最大静变形减 小及一阶固有频率相对于改进方案得到优化. 为后续相关工艺人员对该磨床的结构和参数优 化提供一定理论支撑与参考价值.     

玄武岩纤维树脂混凝土填充结构机床横梁优化及性能分析

为探索提高机床基础件静动态性能和轻量化新途径,选取桥式龙门加工中心的移动横梁为研究原型.在满足刚度要求和轻量化条件下,初步设计了玄武岩纤维树脂混凝土(BFPC)填充结构横梁.以填充结构横梁外壳厚度为设计变量,通过响应面法分析变量对所设计横梁的质量、最大静应力等的影响,将原型横梁的最大应力和最大应变作为约束条件,填充结构横梁的前两阶固有频率最大、响应幅值最小及质量最轻为多目标函数对其进行优化设计.通过仿真分析方法对优化前后的填充结构横梁和原型横梁的静动态性能及质量进行对比分析.研究结果表明:BFPC填充结构横梁静动态性能得到明显改善的同时,其质量减轻7.11%.综合利用模型实验和有限元仿真方法对BFPC填充结构横梁自由模态进行对比分析,进一步证明了其在提高机床基础件以及整机静动态性能方面的有效性.     

直线导轨副综合静刚度测量装置及方法

提出并设计了一种同时测量导轨副综合静刚度的装置及方法.介绍了该装置的结构设计及位移传感器的布置方案,建立了使用该装置求解综合静刚度的理论模型,通过将变形量和偏心载荷等效分解,实现了导轨副五种静刚度的同时测量,并对该装置的主要误差进行了分析,拟定了测量实验步骤.应用本实验装置及方法可提高导轨副静刚度测评的效率.     

三维韧性剪切变形构造组构样式探讨

结合三维变形理论,在Transpression变形模型基础上,提出了“剪切方向物质挤 出模型”,并从三维有限应变角度定量探讨剪切方向物质（体积）挤出对剪切带宏观组构样 式、转变的影响及其与运动学涡度的关系。变形过程中剪切方向物质挤出对韧性剪切带构造 组构样式影响显著：在减薄型三维变形中,当竖直（z）方向体积挤出量小于剪切运动（x）方向挤出量（两者比值a<1或a=1）时,发生“拉长－减薄剪切变形”,剪切带发育 稳定的竖直面理和水平线理,运动学涡度数（ω_k）对面理和线理组合不产生影响; 当a>1时,发生“加宽－减薄剪切变形”,剪切带组构样式取决于2个因素：运动学涡度 数（ω_k）和剪切带收缩量（k）,可能的组构组合类型为“竖直面理和水平线理 ”或“竖直面理和竖直线理”。根据剪切方向物质挤出模型,得到结论：同一运动性质的韧 性剪切带可形成不同取向的拉伸线理;拉伸线理方向不一定和变形的简单剪切组分方向一致。     

光学自由曲面铣床静动态特性研究

根据光学元件的加工工艺特点对光学自由曲面铣床进行了设计,并对光学自由曲面铣床进行了有限元(FE)建模及静动态特性分析.结果表明:在重力载荷条件下铣床原点位置时,重力平衡装置未工作时导轨直线度为0.7μm,重力平衡装置工作时导轨直线度为0.035μm,重力平衡装置未工作时丝杠直线度为2.3μm,重力平衡装置工作时丝杠直线度为0.2μm.提取了不同结构方案及材料方案光学自由曲面铣床的固有频率,振型显示影响加工精度的铣床首阶振型为第三阶,最优的动态特性设计方案为铣床Z轴电机安装在顶板上及铣床结构材料采用天然花岗岩,铣床结构材料采用天然花岗岩相比于铸铁可以显著提升铣床动态特性.     

路基冻胀地区CRTSⅠ型板式无砟轨道结构变形与离缝特征分析

为揭示严寒地区高速铁路路基冻胀变形对无砟轨道平顺性的影响,建立CRTS Ⅰ型板式无砟轨道-路基空间耦合有限元模型,分析了不同路基冻胀条件下轨道结构的变形特征,探讨了层间离缝的发展演变过程,以及层间粘结强度和底座板刚度对离缝发展的影响规律.结果表明:路基冻胀位置对轨道结构变形影响较大,冻胀变形基本能反映到轨面,当冻胀作用在轨道板中间位置时,底座板与基床表层之间的离缝值最大;最大离缝值随冻胀量增加呈线性增长,随冻胀波长的增大而减小;离缝在轨道结构横向位置是从中间向两边逐渐扩展的;随着底座板与基床表层之间粘结强度的增大,层间离缝值和离缝长度逐渐减小;离缝值随着底座板刚度的减小而减小,当底座板刚度减小为原来的60%时,离缝值减小了近20%.     

离心铸造对白口铁组织与性能的影响

通过对比的方式,研究了以同一种合金由离心铸造与静力金属型铸造所生产的两种白口铁的组织与性能。研究发现,离心铸造白口铁的碳化物呈板块状,基体组织为等轴晶,且屈氏体进一步细化;离心铸造白口铁的韧性与硬度均高于静力金属型铸造白口铁,其中韧性有显著提高。     

浅覆土盾构穿越潮汐河流地层变形规律

当前中国城市轨道交通发展迅速,地铁开挖下穿越潮汐河流面临诸多风险。为研究浅覆土盾构穿越潮汐河流的地层变形规律,以青岛地铁四号线盾构法穿越某浅覆土潮汐河流为依托,重点考虑河流的潮汐变化,结合工程中采用的注浆压力、工作面压力等施工参数,运用数值模拟的手段建立了更加符合实际情况的起伏地层,进而对地层变形规律开展研究。研究发现河底地层变形与河道水位深度呈正相关;涨潮和退潮时的地层横向沉降曲线形状存在差异且最大沉降量相差达50%;隧道掘进在时间效应上的地表沉降可分为4个阶段,需加强对中期盾构开挖及加固阶段的监测频率。     

Optimization Design for Fixed Table of Gantry Machining Center Based on Sensitivity and Topology Analyses

In order to decrease the deformation and stress and increase the natural frequency of the fixed table,a method of optimization driven by the sensitivity and topology analyses is proposed.The finite element model of the fixed table is constructed and analyzed by using ANSYS software.Based on the results of static analysis and modal analysis,the maximum deformation,the maximum stress,and natural frequencies are obtained.Then,the sensitivity analysis and topology optimization are carried out to find out the parameters to be optimized.The fixed table is reconstructed according to optimal design scheme.In the comparison of the results between original model and the optimized one,the maximum deformation and stress are decreased by 71.73％ and 60.27％ respectively.At the same time,the natural frequencies from the first mode to the sixth mode are increased by 30.28％,29.57％,29.51％,31.52％,22.19％,and 21.80％,respectively.The method can provide technology guide for the design and optimization of machining structure.     

钒钛球墨铸铁齿轮的弯曲静强度

通过试验,得到具有铁素体和贝氏体双相组织的钒钛球铁齿轮的弯曲静强度计算公式。进一步证明了,轮齿的塑性变形量与齿根应力的关系式。该试验数据,进一步充实和扩展了球铁齿轮的σ_1和k值。     

高铬铸铁可锻性及锻造过程对机械性能的影响

本文通过高铬铸铁热塑性变形试验,得知在850℃～1100℃奥氏体化温度范围内,高铬铸铁具有良好的塑性变形能力。经热变形后,其大块共晶碳化物被破碎,并在基体中均匀分布,减少或消除了铸造缺陷,提高了机械性能,尤其是冲击韧性的提高更为明显。文中还提出,经等温淬火后,可获得良好的综合机械性能。     

锥形结构对锥孔组合型机械密封端面变形及密封性能的影响

考虑密封系统各组件间接触受力及封闭流体与端面间的力作用,提出锥/孔组合型动压机械密封,构建端面密封流/固耦合理论模型,并将相应的有限元软件与计算机语言编程相结合,通过迭代计算获得端面膜压场及其变形情况,探究端面锥度和锥面宽度比在低、高压工况下对密封性能的影响规律。结果表明：随锥度φ的增大,高压区缩小,低压区扩张,孔区内液体所形成的压力峰值越来越陡峭,使得静圆环端面上产生周期性波式变形和倾斜锥度变形,变形情况与膜压场的形状相类似;动圆环端面锥度变形比较明显,波式变形不明显,且随φ的增大,锥度变形也越来越大。无论是对于较低速、低压或是较高速、高压状态下的机械密封,当端面特征几何结构参数选取为锥度φ=0.8~1.6、锥面宽度比γ=0.8~1时,机械密封均可获得优良的综合性能。     

铸铁的抗汽蚀性能及其关联因素

本文对铸铁的抗汽蚀性能及其关联因素进行了实验研究,认为石墨是铸铁汽蚀的破坏源,球墨铸铁的抗汽蚀性能优于普通灰铁的抗汽蚀性,灰铁基体组织的抗汽蚀性能以回火马氏体为最好,铁素体最差。经过实验得出增加片墨铸铁强度其抗汽蚀性能提高,增加球墨铸铁基体硬度时,抗汽蚀性能显著提高,铸铁中加入Cr1.00％,Mo0.50％,V0.100％,Re0.05％时,其抗汽蚀性能明显提高。含钒铸铁有较强的抗食盐水汽蚀能力。