机床固定结合面等效刚度系数和阻尼系数的研究

研究了确定机床固定结合面的等效刚度系数和等效阻尼系数的新方法。采用迭代计算和动态测试相结合的方法，在多种不同结合面条件下进行了实验和计算，得到了大量的实用数据，并且建立了机床固定结合面的等效参数通用数据库。     

机械固定结合面实验研究

结合面特性的研究非常复杂，主要原因是影响结合面特性的因素很多，且多为非线性因素，而工况及使用条件的多样化，相互交错的影响，使问题更加复杂化。其中，结合面刚度和阻尼产生的机理是揭示结合面影响因素和定量研究结合面的关键。本文通过搭建静动结合面的实验台，利用LMS动态测试分析仪进行结合面动态特性实验，研究法向面压、润滑方式、表面粗糙度和激振频率等对结合面参数的影响规律。     

应用改进分形理论及连续变形理论的机械结合面切向刚度建模

针对现有分形理论在建立切向刚度模型时未考虑微凸体变形的连续性以及未考虑结合面在即将发生切向滑移之前静摩擦力导致实际接触面积增大的问题,提出了应用改进分形理论及连续变形理论的切向刚度建模方法。该方法以微凸体连续变形理论为基础,应用改进分形理论分析静摩擦力与实际接触面积之间的关系,并利用赫兹接触理论推导了结合面法向接触载荷;随后,根据切向刚度的产生机理,推导了包含弹塑性过渡阶段的切向接触载荷,结合所推导的法向、切向接触载荷从而建立了结合面切向刚度模型。为验证该方法的合理性,首先建立栓接结合部的有限元模型,利用超景深三维显微系统VHX-5000获取结合面的轮廓数据,经过功率谱密度法获取结合面的分形参数,通过虚拟材料将该方法以及对比方法计算的刚度输入有限元模型中进行仿真,得到栓接结合部在不同扭紧力矩下的前三阶固有频率及振型;随后搭建包含栓接结合部的实验装置,通过锤击实验也获取该装置在不同扭紧力矩的前三阶固有频率及振型。在相同扭紧力矩下的前三阶固有频率对比实验和仿真结果表明:该方法的仿真与实验结果之间最大相对误差为3.84%,相比于田红亮的方法降低了54.45%,说明该方法能够更加准确地预测结合...     

BFPC固定结合面虚拟材料热特性参数建模

为确定含有玄武岩纤维树脂混凝土（basalt fiber polymer concrete,BFPC）固定结合面的机床基础件热特性参数,基于虚拟材料法建立了含有BFPC固定结合面组件的仿真模型,并对其热特性进行仿真分析;设计制造了含有BFPC固定结合面的组件,通过实验方法研究组件的热特性。将仿真分析和实验研究的结果进行对比,分析表明：两种方法得到的组件在不同时刻的温度场具有一致性,且仿真与对应实验点温度的误差不大于8.57%,证明了所建立的BFPC固定结合面虚拟材料参数模型的准确性,以及基于此采用虚拟材料法对含有BFPC固定结合面组件进行热特性仿真分析的精确性和有效性。     

悬臂梁结合面建模与接触刚度参数识别

基于有限单元法,将结合面简化为一系列包含接触刚度的参数单元,建立了包含结合面的悬臂梁实验模型的有限元模型。根据实验测试所获得的前两阶固有频率,结合所建立的接触刚度参数优化识别的目标函数,利用MATLAB优化工具箱,对结合面在不同面压下的法向接触刚度参数进行了优化识别,获得了不同面压条件下单位结合面上的法向接触刚度参数值,从而为下一步的理论计算与实际应用奠定了基础。     

机械结合面静动态特性研究回顾及展望

介绍了结合面的基本概念 ,全面回顾分析并总结了结合面静动态特性研究的历史及现状 ,指出了存在的问题 ,并对今后的研究工作进行了展望。     

固定结合面参数的计算机模拟计算

对一个包含固定结合面的具体结构,利用有限元分析程序计算了结合面刚度参数和结合风景工参数和结合面位置对结构模态的影响。结果表明,描述结合面切向刚度大小的参数对结构的扭振则镀模态的影响比对纵向振动模态和弯曲模态的影响显著;结合面法向刚度大小的参数对纵向振动模态的影响比地弯曲、扭振模态的影响显著,接合面的位置对结构的固有频率也有较为明显的影响。     

结合面法向动态参数的分形模型

为了对结合面法向动态参数进行正确的理论计算,以分形接触理论为基础,建立了结合面法向动态参数的理论分形模型,揭示了接触刚度和接触阻尼与作用在粗糙表面上的法向载荷、粗糙表面材料性能常数,以及分形参数等因素之间的复杂关系,并对该模型进行了数值仿真.仿真结果表明:结合面的实际接触面积仅占名义接触面积的一小部分,降低表面粗糙度或增加法向载荷都将增大实际接触面积;接触刚度和接触阻尼与分形参数之间具有较强的非线性关系,而法向栽荷对接触刚度的影响较为明显,当栽荷增加时,刚度值也随之增大,但对接触阻尼的影响可以忽略.     

基于分形接触理论的结合面法向接触参数预估

基于分形接触理论,建立了结合面法向接触参数的分形预估模型,通过粗糙表面材料性能参数、法向载荷及粗糙表面的分形参数来预估法向接触刚度和接触阻尼,并对其变化规律进行数值仿真.结果表明：结合面之间的接触处于弹性变形和与塑性变形共存的状态,且小接触点面积的微凸体发生塑性变形,而大接触点面积的微凸体发生弹性变形;法向接触参数与分形参数之间具有较强的非线性关系;同时,法向接触刚度随法向载荷的增大而逐渐增加,但法向载荷对结合面的法向阻尼特性影响较小;仿真结果中极值点的存在,为结合面接触参数的优化设计提供了依据.     

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.     

基于频率跟踪法的螺栓联接状态监测研究

针对工程实际中出现的螺栓联接松动问题进行了研究,提出了一种基于压电主动式传感的结构频率跟踪的螺栓联接监测方法。根据赫兹接触理论并结合有限元仿真分析,得出了螺栓联接接触界面法向接触刚度与螺栓预紧力之间的单调函数关系,而螺栓联接结构的频率与法向接触刚度相关,进而建立了基于频率跟踪法的螺栓联接状态监测方法。建立实验装置,在螺栓联接件的非接触面的两侧分别粘贴压电材料,作为驱动器和传感器,分别激发脉冲超声波信号和接收通过螺栓联接界面的超声波响应信号,分析了响应信号的功率谱得到螺栓联接结构的频谱。实验结果表明:螺栓联接结合面的法向接触刚度与预紧力近似成对数函数关系,螺栓联接结构的某阶频率与螺栓预紧力近似成对数函数关系,从而可以通过分析螺栓联接结构的某阶频率变化得到螺栓预紧力状态。仿真结果与实验结果相一致,为螺栓联接松动问题提供了一种监测方法。     

考虑微凸体弹塑性过渡变形机制的结合面法向接触刚度分形模型

摘要： 基于粗糙表面微凸体变形的连续性和光滑性原理,研究了在法向载荷逐渐增加时的粗糙表面单个微凸体弹塑性过渡变形机制,提出了考虑弹塑性过渡变形机制的结合面微凸体微观接触模型,建立了法向接触载荷和法向接触刚度的数学模型;基于分形几何理论,建立了结合面法向接触刚度的分形模型,并对结合面法向接触刚度进行仿真计算.结果表明：在较小的塑性指数条件下,法向接触载荷与法向接触刚度近似呈线性关系;在较大的塑性指数条件下,法向接触载荷与法向接触刚度呈非线性关系;法向接触刚度随着分形维数和法向接触载荷的增加而增大,随着无量纲分形特征尺度系数的增大而减小;所得结合面法向接触刚度的仿真计算值与铣削加工和磨削加工条件下的实验值较吻合.     

弹性铰平面并联三自由度机器人连续刚度映射研究

应用影响系数法求解了弹性铰平面并联3-RRR机器人的一阶、二阶影响系数,借助虚功原理建立了包含主、被动铰链弹性变形,杆件及其平台自重的连续刚度映射模型.与以往刚度模型区别在于,该连续刚度模型考虑了机构刚度变化的动态过程,从而使并联机器人刚度非线性映射还原.文中还结合刚度矩阵瑞利商定义了连续刚度判定指标七,绘制了刚度性能空间图,进一步探讨了该机构的方向刚度特性,为平面并联弹性铰机器人机构刚度的分析提供了一种新颖通用的方法.     

近代木结构柱-梁节点转动刚度及木材弹性模量的检测方法

以新泰仓库木柱-木梁结构为原型进行木构架缩尺试验,研究木柱-木梁结构的受力性能和变形特征.试验结果表明,木柱-木梁节点具有明显的半刚性连接特征,节点刚度随荷载的变化而变化.通过量测木梁跨中竖向位移、木柱中部侧向位移,并结合计算分析,相对准确地确定了木材弹性模量的上、下限值和平均值.本方法通过对木结构做现场检测试验即可求...     

基于平板空腹结构刚度特性的最合理结构高度确定

为确定平板空腹结构的最合理结构高度,对平板空腹结构的刚度特性进行了研究。运用解析法得出了任一平板空腹结构均存在一个最合理结构高度使结构刚度最大、变形最小的结论;总结出上下弦截面尺寸、竖腹杆截面尺寸等主要几何参数对最合理结构高度值的影响规律;并推导了最合理结构高度的计算公式。最后运用有限元方法验证了上述结论的正确性和最合理结构高度计算公式的有效性。     

断续节理对岩体力学性能的影响

采用颗粒流数值模拟程序,建立不同节理状态的岩石试样模型,对其进行双轴试验模拟,从岩桥长度、节理长度和倾角三个方面对断续节理影响下的岩体破裂形式和力学性质进行了数值模拟分析.岩桥的破裂方式为翼裂纹扩展下的拉剪复合破坏,模型破裂大致经历了翼裂纹的扩展、次生裂纹的延伸以及岩桥的贯通三个过程,而且表现出明显的蠕变特性以及延性破坏.岩桥长度的变化对峰值强度和弹性模量影响较小;相比岩桥长度,节理岩样的力学特性对节理长度更加敏感.对于不同的节理倾角,岩石试件表现出不同的初始破裂形式,0°倾角岩样的破裂方式为翼裂纹的扩展和次生裂纹的延伸,中间岩桥没有被贯通,15°倾角岩样的初裂强度和峰值强度最大.     

重力坝纵缝非连续接触地震反应分析

采用非线性动力时程分析方法,通过超载响应分析,初步研究了设纵缝重力坝的抗震能力.运用弥散裂缝模型模拟混凝土在强震下的开裂行为,采用基于罚函数法的接触模型模拟纵缝在动力荷载下的力学行为.对比不设纵缝的计算模型,结果表明纵缝改变了坝体应力分布,降低了坝体的抗震能力.通过对开裂比和抗滑安全系数的分析,判定该设纵缝重力坝段的极限抗震能力为0.6g.     

Interfacial microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V/Al7050 joints fabricated using the insert molding method

Ti-6Al-4V/Al7050 joints were fabricated by a method of insert molding and corresponding interfacial microstructure and mechanical properties were investigated. The interfacial thickness was sensitive to holding temperature during the first stage, and a good metallurgical bonding interface with a thickness of about 90 μm can be obtained at 750℃. X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and thermodynamic analyses showed that the interface mainly contained intermetallic compound TiAl₃ and Al matrix. The joints featured good mechanical properties, i.e., shear strength of 154 MPa, tensile strength of 215 MPa, and compressive strength of 283 MPa, which are superior to those of joints fabricated by other methods. Coherent boundaries between Al/TiAl₃ and TiAl₃/Ti were confirmed to contribute to outstanding interfacial mechanical properties and also explained constant fracture occurrence in the Al matrix. Follow-up studies should focus on improving mechanical properties of the Al matrix by deformation and heat treatment.     

回火次数对P91焊管接头力学性能的影响

采用光学显微镜、X射线衍射分析、透射电镜、选区电子衍射及常温与高温拉伸试验等检测手段,基于不同回火次数下P91焊接接头显微组织的演化过程研究其对力学性能的影响.结果表明,随着回火次数的增多,接头显微组织主要保留了板条马氏体位向的回火索氏体,主要相为α-Fe相和Fe-Cr相,热影响区的室温及高温强度先增大后减小.在回火一次时,弥散析出的MX(M=V/Nb,X=C/N)型碳氮化物、位错缠结及亚稳态的位错网对接头有一定的析出强化及位错强化作用,其力学性能较佳,高温抗拉强度达最大值232.66MPa;随着回火次数进一步增多,离散分布的碳化物Cr23C6逐渐偏聚并在晶界处演化为串链状分布,使晶界脆化,强度降低,但韧性有所改善.