八角型螺栓球节点研发、配件标准编制和工程应用

高强度螺栓的“假拧”是螺栓球节点空间网格结构普遍存在的安全隐患及事故诱因之一。为此,提出一种空间网格结构用八角型螺栓球节点,并对其进行系统研发。介绍了该节点的组成、安装机理和主要优点。基于对该节点的研发成果,编制发布了其关键配件的产品标准——《螺栓球节点用八角型高强度螺栓和套筒》(T/CSCS011—2021),对该标准的主要编制思路和要点进行了介绍。最后介绍了该节点在珠海机场二号航站楼指廊屋盖网架中的应用情况,对采用该节点的网架和采用焊接球节点的网架进行了对比分析,结果表明,两种节点形式网架的力学性能和设计指标基本相当,八角型螺栓球节点网架的经济性更好。上述标准和节点的首次工程应用为该节点的推广奠定了良好基础。

陶瓷封装球栅阵列焊点失效机理研究

研究了陶瓷封装球栅阵列(CBGA)的焊点在长期使用后开裂的失效机理,提出了改善此类元器件焊点可靠性的有效措施。通过X-ray分析、显微剖切、扫描电镜和能谱分析(SEM&EDS)等手段,研究分析了CBGA封装器件焊点失效的机理与成因;基于失效机理,提出了针对性的改善措施,并验证了相关措施的有效性。研究结果表明,由于CBGA器件本体与印制板之间存在较大的热膨胀系数差异,导致焊点在长期使用后出现了热疲劳开裂失效,通过更换焊球类型以增加焊点高度可以显著地改善焊点的可靠性。

PBGA焊点形态对疲劳寿命的影响

通过Surface Evolver软件预测了塑料球栅阵列(PBGA)焊点形态,将焊点形态结果导入Ansys软件中进行-55~125℃热循环仿真实验,通过Coffin-Masson模型预测焊点寿命。选取焊点钎料量、焊点高度、下焊盘直径作为影响焊点寿命的主要因素进行了3因素3水平正交实验,通过均值响应分析得到了影响凸点寿命的最敏感因素及最优形态尺寸组合。结果表明对焊点寿命影响最大的因素为下焊盘半径,其次是钎料量,最后是焊点高度,且上下等大的焊盘具有较好的可靠性。

抛物面槽式太阳能集热器球形接头测试系统的研制与应用

球形接头是抛物面槽式太阳能集热器的关键部件,针对球形接头易发生运转卡涩和导热油泄漏问题,研制了一套球形接头性能测试系统。该测试系统可以实现球形接头在旋转、摆转或旋摆联动模式下,以及在导热油温度达393℃和压力达4.1 MPa工况条件下的加速寿命测试。以导热油为传热流体,开展了球形接头在导热油温度为393℃和压力为2.3 MPa工况条件,以及温度、压力变化条件下的性能测试研究,分析了球形接头在模拟12年寿命期的扭矩特性和密封性能,验证了该测试系统运行的稳定性和可靠性,并且关键技术参数的控制精度和测量精度满足使用要求,为球形接头的性能评价提供了技术支撑。

配合间隙对柱塞-滑靴组件动力学及油膜润滑特性的影响

球铰副油膜对轴向柱塞泵工作性能和稳定性具有重要影响,其润滑行为受滑靴和柱塞多自由度动力学行为影响。该研究分析配合间隙对振动响应和油膜润滑特性的影响,建立了滑靴和柱塞多自由度运动与球铰副油膜润滑行为耦合的动力学模型。首先,使用拉格朗日法对滑靴和柱塞的动力学方程进行推导,通过NewMark-β法求解滑靴和柱塞的振动响应;然后,根据滑靴和柱塞的姿态变化结合雷诺方程建立球铰副油膜厚度场-压力场耦合模型;最后,分析在不同配合间隙下滑靴和柱塞的振动响应及油膜润滑特性的变化规律。研究结果表明,配合间隙对滑靴和柱塞的振动响应及球铰副油膜润滑特性的影响显著,适当减小配合间隙可减少泵的泄漏,从而提高整体效率。

某机车牵引球铰寿命提升优化设计

从应用于干线和谐机车的牵引球铰在运营过程中的失效形式出发,结合其使用线路的实际运行工况,对老结构的牵引球铰功能失效情况进行详细分析,然后做出预压量、橡胶型面和自由面等多方面的结构改进与优化。经疲劳仿真分析计算,结果显示,新结构的橡胶自由面在预压缩和受载情况下表现良好,通过寿命仿真分析,牵引球铰的使用寿命提升了3倍。最终通过疲劳测试,进一步验证了优化结构牵引球铰使用寿命的提升,由2年提高至6年以上,满足了用户的运营要求。

桥梁转体球铰支座用活性粉末混凝土试验研究

为提高活性粉末混凝土(RPC)的流动性,开展桥梁转体球铰支座用RPC材料试验。通过控制变量法,研究RPC性能的基础配合比,探讨矿物掺合料、钢纤维及减水剂掺量对RPC性能的影响。结果表明:矿粉、硅灰适量替代水泥掺加到RPC体系,能充分发挥微集料填充效应及火山灰活性,提高体系抗压强度,矿粉与硅灰最佳掺量分别为45,20kg/m^(3);钢纤维的掺加能大幅度提高RPC抗压强度,钢纤维最佳掺量为75kg/m^(3);减水剂在RPC中作用机理主要表现为静电斥力与空间位阻,减水剂最佳掺量为18kg/m^(3);通过最优试验配合比测试,RPC材料综合性能满足桥梁转体球铰支座应用要求。

螺栓球节点对钢管杆件屈曲特征值的影响

利用ANSYS软件建立螺栓球节点与钢管杆组合构件的有限元模型,采用接触模拟法计算螺栓球钢管构件的屈曲特征值,分析螺栓球节点作为杆件两端约束时对杆件临界荷载产生的影响;参数化研究螺栓半径、套筒壁厚、封板厚度、螺栓头半径和套筒长度等因素对不同长细比杆件屈曲特征值的影响;基于杆件屈曲的欧拉公式,通过回归分析获得考虑螺栓球节点参数与杆件长细比影响杆件的屈曲特征值计算公式。结果表明:随螺栓半径和套筒壁厚增大杆件屈曲特征值显著增大,螺栓头半径对其的影响可忽略不计,封板厚度的增加和套筒长度的减小也能使杆件屈曲特征值有所增加;随杆件长细比的增大,以上各因素对杆件屈曲特征值的影响均逐渐减小,同时杆件长细比越大螺栓球节点对杆件的约束越强;利用回归分析获得组合构件屈曲特征值公式的计算值与有限元结果接近,随节点参数与杆件长细比的变化趋势一致,该公式能够较精准地计算杆件屈曲特征值。

考虑结合部热变形的滚动导轨刚度特性分析

为提高滚动导轨副动态刚度,基于弹性力学中Hertz接触理论,考虑外载荷、预紧力、热变形等因素的影响下,对滚动导轨副进行了动态Hertz接触刚度建模。从单个滚珠-滚道接触特性出发,对比分析了滚珠-滚道接触变形关系。以某NSK直线导轨为对象,分析了导轨副在3种预紧力等级下不同垂直载荷对导轨副刚度特性影响规律。运用有限元软件对比仿真分析了不同垂直载荷下导轨副Hertz接触变形以及热变形对导轨副接触刚度的影响,结果表明:预紧力对临界载荷的影响较大从而影响滚动导轨副的刚度;摩擦热变形随着载荷的增加使导轨副接触刚度降低,对比验证了考虑热变形的接触刚度建模方法的合理性以及模型的准确性。

基于多弹簧片的变刚度柔性关节的设计与研究

机器人碰撞防护是必要的,人机交互安全是机器人设计的重要指标之一.本文基于双滑块和滚珠丝杆机构,提出了一种含有4弹簧片的闭环伺服可变刚度柔性关节.根据悬臂梁结合模型的非线性静力学关系,导出了关节刚度随弹簧片有效长度变化的表达式,以变刚度的动力模型为基础,设计了可编辑逻辑控制器刚度调节控制系统.在完成了变刚度关节的设计制作基础上,进行了关节的变刚度实验,验证了刚度控制系统的可靠性和刚度计算模型的正确性.该关节具有实时动态的刚度调节功能,可以满足机器人碰撞防护的安全保护需求.

表面粗糙度对滚珠式三叉杆万向联轴器弹流润滑性能的影响

为揭示表面粗糙度对滚珠式三叉杆万向联轴器润滑性能的影响机制,利用高斯随机粗糙表面来表征摩擦副实际接触表面,建立考虑表面粗糙度的等效点接触弹流润滑模型,采用有限差分法和多重网格技术求解Reynolds方程得到油膜压力和接触区弹性变形;通过ANSYS软件建立次表面应力有限元求解模型,分析表面粗糙度参数和表面纹理方向对联轴器弹流润滑性能的影响。结果表明:随着表面粗糙度均方根的增大,接触区内的油膜压力和膜厚波动幅值增大,同时次表面高应力区域逐渐向上表面移动接近接触表面层;随着波长因子的增大,接触区内的油膜压力呈现明显的纹理方向分布,次表面应力出现明显的波动;相较于横向表面纹理方向,纵向表面纹理方向对联轴器润滑性能的影响较大。

表面划痕对滚珠式三叉杆万向联轴器润滑性能的影响

采用数值分析方法研究划痕位置和尺寸对滚珠式三叉杆万向联轴器弹流润滑性能的影响。结果表明,划痕在接触区内的任何位置,均会对油膜厚度和压力产生较大的影响,且当划痕处于接触区中心位置时,联轴器的润滑状态最差。划痕宽度增大时,划痕内部油膜厚度和压力均减小,划痕后侧边缘处的油膜压力逐渐增大。划痕深度增大时,划痕两侧边缘处的尖峰油膜压力逐渐增大,接触区内的最小油膜厚度急剧减小,联轴器的润滑状态逐渐恶化。

城市跨铁路转体桥梁设计研究

以某城市高架跨铁路桥梁为工程背景,采用有限元软件Midas Civil建立曲线梁计算模型,得到了转体前桥梁不平衡弯矩,提出了对平面曲线转体桥梁偏心设置计算的误差修正项,分析了小曲线半径、大纵坡转体桥梁设计过程中的要点,对转体系统施工过程的注意事项进行了总结。

云上草原斜拉平台设计关键技术

“天空之阶”景观斜拉平台采用独特的单悬臂结构,悬臂长度为80.8 m,桥面为变宽双幅形式,平面呈A字形,中间采用4道横梁相连,悬臂端部设观景平台。主梁采用热轧型钢桁架,索塔为钢结构十字形断面,塔梁采用球铰支座约束。论文从结构体系、复杂风环境、恶劣施工条件、BIM辅助设计等方面详细阐述该景观斜拉平台的设计要点和关键技术。

高速铁路跨营业线T构转体称重试验关键技术

为减少施工过程对营业线的影响,现在跨铁路营业线桥梁施工中越来越普遍地采用转体法施工。而称重试验是转体施工中重要的一步,通过称重试验获得相关力学参数,为后续转体指挥决策提供依据。通过跨既有焦柳线铁路(56 m+56 m)T构桥梁转体施工称重试验施工实践,介绍了转体桥梁施工中称重试验的一般方法及原理,提出了相应配重方案的一般方法。

S10凤合高速中堡特大桥上跨兰渝铁路设计研究

新建道路跨越既有铁路采用转体施工设计方案可保证施工过程中既有铁路安全运营。对S10凤合高速中堡特大桥上跨兰渝铁路西河特大桥进行介绍,采用Midas Civil 2021软件对中堡特大桥2-65 m T形刚构桥梁体结构计算分析。同时由于本桥左、右幅梁体结构中心线分别位于曲线半径1492 m和1508 m的曲线上,为保证梁体浇筑过程中转体球铰系统受力均匀,通过采用设置横向球铰偏心的方式解决,为类似桥梁设计提供参考依据。

关于转体混凝土球铰的重要参数分析

当前对于影响混凝土球铰正常使用的设计参数取值缺乏理论分析依据,本文依托湖北某县在建的转体拱桥,利用有限元软件ABAQUS,创建多个包含球铰结构的有限元模型,其中定义下球铰露出高度、曲率半径、支承半径数据为模型的可变参数,利用控制变量法对比分析数十个有限元模型,研究并归纳三个球铰重要设计参数对混凝土球铰界面接触应力的影响方式,并基于曲面响应法量化上述变化参数的影响性,进而得出相应的结论,通过本文分析可知,曲率半径越大、支承半径越小,球铰接触应力大小分布产生越不利,最后观察Design-Expert软件的ANOVA结果可知,对于球铰最大接触应力的影响最至关重要的设计参数是球铰支承半径。

染色与渗透试验在BGA焊点质量分析中的应用

在高密度组装焊点的质量评价中,染色与渗透试验不仅简单高效、易于操作,且反馈信息最为全面。基于标准测试方法,阐述了染色与渗透试验的基本原理及操作方法,并基于失效模式典型案例分析的方式,系统研究了染色与渗透试验中球栅阵列封装(BGA)焊点常见质量缺陷的具体表现形式及其产生机理,以期为可靠性分析工程师在实际测试中提供技术参考。

激光锡球软钎焊工艺参数对微焊点形态及润湿性的影响

为了探索激光锡球焊工艺参数对微焊点形貌的影响,采用激光锡球焊将直径0.25 mm的SAC305锡球在沉镍金焊盘上制备微焊点,并分析了微焊点的形貌及SAC305/焊盘界面的润湿性。结果表明,激光功率27 W、加热时间8 ms为最佳工艺参数,采用此工艺参数制备的微焊点均匀铺展在焊盘上,无缺陷;微焊点高度与激光功率、加热时间均呈负相关,微焊点铺展直径与激光功率、加热时间均呈正相关;SAC305/焊盘界面平整,喷出的SAC305锡球/镀Ni的Cu焊盘界面润湿性良好。

BGA焊点微裂纹缺陷检测研究

球栅阵列封装(BGA)元器件的焊点隐藏于IC芯片底部,经电装后仅边缘焊点可见,因此检验其焊接质量是行业普遍的难题。探讨了BGA焊点微裂纹缺陷的产生机理和裂纹分布,设计了基于计算机分层层析成像(CL)技术的BGA焊点微裂纹缺陷检测方法和检测流程。经实测证明,该测试方法可以兼顾检测质量和效率,具有工程应用的可行性,可为BGA焊点检验人员提供参考。