液压伺服柔驱机构设计及其刚度连续可调分析

为满足液压机械臂工作时输出高刚度,碰撞时变刚度实现柔顺性,让机器人在不同工作条件和场景下具有相应的柔顺性,设计了一种兼具阀控泄漏量和浮动位的液压伺服柔驱机构。首先,介绍该关节结构和变刚度原理;其次,利用Amesim建立其动态仿真模型,确定阀控泄漏量和浮动位半径范围;然后,利用MATLAB/Simulink建立其刚度仿真模型,分析单个因素与关节变刚度的关系;最后,基于MATLAB拟合关节刚度多元非线性回归方程,并通过程序实现刚度初始散点和拟合四维曲线对比图。仿真结果表明:在保证较好的动态特性时,该柔驱机构刚度能在较宽范围内连续可调。

空间并联机构连续刚度非线性映射

基于影响系数法并借助虚功原理建立包含主、被动关节弹性变形,杆件及其平台自重的空间并联机构连续刚度非线性映射通用模型。空间并联机构连续刚度非线性映射通用模型与以往刚度模型区别在于,它不仅考虑了机构主动驱动关节、被动关节弹性变形及各部件重力对机构刚度的影响,而且考虑了机构刚度变化的连续过程,没有忽略机构在广义外力下变形时雅可比矩阵的变化,通过引进机构的二阶影响系数,从而使空间并联机构刚度非线性映射还原。从机构简化约束方程出发,推导空间并联机构几类连续刚度简化映射矩阵。在此基础上,结合刚度矩阵瑞利商定义了空间并联机构连续刚度性能判定指标k′。最后给出一空间并联机构刚度分析实例,分别计算两种模型下的刚度矩阵,并对比两种模型下机构刚度性能。

连续刚度法对单晶硅片的力学性能的表征

利用纳米压痕仪通过连续刚度测量法对单晶硅片在压入过程中的接触刚度、硬度、弹性模量进行了连续测量。结果表明:当接触深度在20～32nm左右时,单晶硅片的接触刚度与接触深度成直线关系,硬度和弹性模量基本保持不变,此时所测得的是单晶硅片表面氧化层的硬度和弹性模量,分别约为10.2 GPa和140.3 GPa。当接触深度在32～60nm左右时,单晶硅片的接触刚度与接触深度成非直线关系,硬度和弹性模量随接触深度急剧增加,表明单晶硅片表面氧化层的硬度和弹性模量受到了基体材料的影响。当接触深度在60nm以上时,单晶硅片的接触刚度与接触深度成直线关系,硬度和弹性模量基本保持不变,测得值为单晶硅的硬度和弹性模量,分别约为12.5GPa和165.6GPa。

特殊复合球铰3-RPS并联机构及其连续刚度模型

采用矢量微分法研究了在大载荷作用下,兼顾支链和铰链刚度以及雅克比矩阵变化等影响因素的3-RPS并联机构完整连续刚度模型.基于螺旋理论分析了3-RPS并联机构支链及铰链构件所受作用力与机构外载荷之间的力平衡关系.采用矢量微分法分析了3-RPS并联机构动平台位姿变化与支链及铰链构件变形之间的关系.采用矢量微分法对机构的力学平衡方程进行微分,建立了完整的连续刚度模型,最后进行了数值模拟分析,结果表明并联机构刚度受载荷和位姿变化影响,简化刚度模型与完整刚度模型在工作空间边界处差值较大.

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,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。

基于连续抗弯刚度模型的裂纹梁动力指纹损伤识别

基于断裂力学的应变能概念,建立裂纹简支梁连续抗弯刚度模型,提出基于连续抗弯刚度模型的裂纹梁动力指纹损伤识别方法。借助有限差分方法、Mathematica软件编程求解裂纹梁动力指纹(固有频率、振型、振型曲率),通过与铰接法及FEM法对不同裂纹工况下裂纹梁固有频率的数值计算比较及误差分析,成功验证了方法的有效性,并探讨了裂纹参数对动力指纹的影响。算例分析表明:连续抗弯刚度模型对裂纹参数变化敏感,裂纹梁抗弯刚度在裂纹处呈现最小值,邻近区域抗弯刚度受裂纹影响明显;裂纹简支梁的动力指纹随裂纹参数的变化呈跨中对称变化;裂纹梁结构的固有频率与振型曲率耦合的识别方法可以较好地识别出梁结构裂纹参数,识别误差为2.23%,证实了基于动力指纹检测裂纹损伤的可行性。本文结果为梁结构裂纹的检测提供了重要的理论依据,有广泛的实用与理论研究前景。

小刚度劲性水泥土连续墙法基坑支护的设计

根据组合梁受力机理,利用"小刚度劲性水泥土连续墙法"对实践工程进行基坑支护设计;利用非线性有限元模拟,研究其开挖后及拆撑后变形的分布趋势,模拟结果与理论计算数据能较好地吻合,表明本文研究方法是可行的。"小刚度劲性水泥土连续墙法"与传统基坑支护方法综合对比,在造价和工期上具有较大优越性。可为"小刚度劲性水泥土地下连续墙法"的推广应用提供技术参数与理论支持。

基于梁连续抗弯刚度与小波变换的结构损伤识别方法研究

为了解决基于小波变换系数难以识别结构边缘损伤的问题,以及试验中损伤对周边的影响导致小波系数难以精确定位损伤位置的问题,提出了基于梁连续抗弯刚度与小波变换的结构损伤位置识别方法。该方法结合梁结构连续抗弯刚度与小波系数边缘的特点,在未知无损梁结构振动参数的情况下,能有效识别出梁结构边缘损伤且能准确定位试验中梁结构的损伤,通过损伤梁的数值模拟与试验证明了该方法的正确性。

长条形基坑地下连续墙侧向位移数值模拟及其影响因素分析

为研究地下连续墙的刚度、基坑被动区加固深度对围护结构的侧向水平位移的影响，运用FLAC^3D对上海市轨道交通10号线国权路站-同济大学站区间下立交基坑开挖进行数值模拟，并对地下连续墙侧向位移实测值进行了分析。综合实测与数值模拟分析的结果表明，数值模拟可以较好地给出连续墙的侧向变形规律；进一步分析数值模拟的结果可得出，与被动区加固的方式相比，通过增加连续墙的厚度减少墙体的侧向位移的效果相对较差，建议上海地区的开挖深度为H时，其被动区加固深度取（0．3～0．5）H。

由结构力学的平面问题例说最小势能原理

最小势能原理作为结构力学的提高部分,很少在该课程中看到关于它的完整介绍。本文以等刚度连续梁为研究对象,在只考虑弯曲变形的情况下,讨论了位移法典型方程的适用条件。在此基础上,分析了势能法和位移法之间的对偶关系。得出:等刚度连续梁在平面载荷与支座反力构成的平衡力系作用下,可能的小位移状态由虚力方程控制。若真实位移还能利用叠加原理进行求解,则可能位移状态下的总势能在真实位移处取极小值。等刚度连续梁弯曲变形的分析验证了最小势能原理,有助于对一般情况下最小势能原理的深刻认识。

基于纳米压痕技术研究2024-T4铝合金力学性能

采用纳米压痕连续刚度技术(CSM)对铝合金在不同压痕深度以及不同压头半径下的力学响应进行分析。通过不同分析方法将载荷-压痕深度关系转换为压痕应力-应变(σ-ε)关系,并与宏观性能对比得到最优方法。结果表明,半径为250μm的压头在最大压痕深度为550 nm时测得的平均弹性模量为66.4 GPa,其值与宏观拉伸弹性模量相差2.3%;采用限制因子1.6作为应力转换系数,通过几何接触半径与Tabor方法相结合可得到准确的塑形性能,名义屈服应力为290 MPa,与宏观拉伸屈服应力误差约为1.4%。

基于纳米压痕试验的大理岩宏微观力学参数关联性研究

纳米压痕试验是研究岩石微观力学性质的一种重要手段,目前讨论岩石微观力学性质与各类宏观强度相关性的研究很少。首先采用连续刚度测量法对4种不同大理岩进行纳米压痕试验,获得白云石与方解石矿物的微观力学参数。其次,通过Mori-Tanaka方法将获得的微观数据尺度升级,得到等效弹性模量和等效泊松比。最后,将微观参数与宏观力学试验结果进行关联性分析,在此基础上讨论了纳米压痕数据预测宏观性质的适用性。结果表明:(1)大理岩中白云石颗粒的弹性模量和硬度分别为122.5 GPa和5.4 GPa;方解石颗粒的弹性模量和硬度分别为70.3 GPa和2.3 GPa,相对而言方解石矿物的强度与变形性能较差。(2)针对大理岩的白云石和方解石矿物,采用连续刚度测量法获得的弹性模量和硬度,建议取值对应的深度在800 nm之后。(3)颗粒边界点的压痕数据离散性比颗粒内部点的大;硬度比弹性模量更能体现颗粒边界的缺陷效应。(4)通过Mori-Tanaka方法得到的均质化结果对预测宏观弹性模量、泊松比有一定的可靠性。(5)纳米压痕数据可以反映矿物种类对岩石强度的影响,但如果要较准确地预测单轴抗压强度、抗拉强度、断裂韧度等性质,还需要考虑岩石的结构、构造等其他强度影响因素。上述成果丰富了纳米压痕测试法在岩石材料中的应用,为利用微观力学参数预测宏观强度提供了参考。

复杂钢管结构电视塔塔柱拼接形式研究

河南省广播电视发射塔为高388m的综合性钢结构电视塔,其外塔柱节点间直线段长度达48m,为了满足热浸锌防腐、运输、吊装等工艺要求,必须对其进行分段,在施工现场进行外塔柱拼接,且拼接节点要求抗弯刚度连续。目前钢柱拼接对H形截面柱可采用高强螺栓抗剪连接和全熔透坡口对接焊,但对于箱形截面柱和管形截面柱采用的都是全熔透坡口对接焊拼接方法。为了不破坏热浸锌防腐蚀层,提高施工质量和施工速度,希望能够采用工厂焊接,现场螺栓法兰连接的施工方法。在以往钢塔设计中,法兰连接作为部分刚性连接,不要求其抗弯刚度的连续性,而只要求其受力性能满足设计荷载要求。采用高强螺栓摩擦型连接的法兰来保证河南省广播电视发射塔外塔柱承载力和抗弯刚度的连续性,并通过构件的缩尺加载试验进行验证,说明了该拼接节点的合理性和施工的可行性。

纳米压痕法分析无铅焊点内界面金属化合物的力学性能

根据实际工艺流程和服役工况制备了微电子封装中3种无铅焊点(Sn3.0Ag0.5Cu、Sn0.7Cu和Sn3.5Ag)内界面金属化合物(IMC)的试样;利用扫描电镜(SEM)和能量色散X射线荧光光谱仪(EDX)对所制IMC的形貌和化学成分进行了分析;另外,借助纳米压痕仪,采用连续刚度测量(CSM)技术在不同的加载速率下对所制IMC的弹性模量和硬度进行了测量。结果表明,3种无铅焊点内的IMC均为Cu6Sn5,其弹性模量分别为98.93±3.37,113.55±4.58和(102.16±3.11)GPa,硬度分别为5.18±0.14,5.78±0.11和(5.55±0.19)GPa。

主动连续变刚度结构体系(ACVS)控制方法研究

主动变刚度控制是一种新的结构振动控制方法。该方法的控制效果虽然低于主动控制但其优点是不需要较大的外界能量输入,而且控制效果优于被动控制。主动变刚度控制的核心是控制算法的研究,到目前为止,国内外学者已经提出了一些有效的控制算法,本文作者研制了一种位移相关型的电磁摩擦控制装置,该控制装置所提供的控制力变化连续、可逆、迅速。将其安装在结构上组成的结构体系为主动连续变刚度体系(ACVS)。本文根据电磁摩擦控制装置的特点,将高阶单步控制算法用于主动连续变刚度体系,提出一种新的最优控制方法。算例结果表明,对于底层柔性结构,主动连续变刚度控制效果显著,与主动控制效果相当,但优于主动变刚度控制和被动控制。

基于能量法的裂纹梁振动特性分析(英文)

研究了含常开裂纹梁的横向振动,基于断裂力学中的能量法,推导了裂纹梁基于能量分布的连续弯曲及剪切刚度表达式;而后基于矩阵传递法,计算了含裂纹Timoshenko梁的振动特性,分析了裂纹深度及位置等裂纹参数对固有频率衰减的影响,同时将计算结果与有限元软件计算结果进行了比较,验证了该方法的有效性。

SMA耗能阻尼器的连续刚度力学模型研究

基于大量SMA耗能阻尼器力学试验,根据阻尼器工作时刚度渐变的特点,提出了连续刚度力学模型,建立了SMA耗能阻尼器性能参数的简易计算公式,给出了相关参数的计算方法并分析了对SMA耗能阻尼器性能参数计算结果的影响。试验分析结果表明:1)连续刚度力学模型滞回曲线与试验滞回曲线相吻合,适用于SMA耗能阻尼器的力学研究;2)应用SMA耗能阻尼器性能参数简易公式计算的阻尼器性能参数值与试验值的误差小于7%。

针状铁素体组织的纳米硬度

以Mn-Mo-Nb-B微合金系统为研究对象,利用动态连续刚度测量纳米压痕技术,结合低碳微合金钢中针状铁素体组织的特点,分析针状铁素体组织的纳米硬度-位移曲线,计算针状铁素体组织的基体纳米硬度。结果表明:针状铁素体组织的基体纳米硬度为2.14GPa,波动为29.37%,与动态CSM方法提供的原始结果相比,通过对特定显微组织的纳米硬度-位移曲线分析而得出的纳米硬度数据的波动显著减小。

基于无能源磁摩擦控制装置的被动智能控制研究

将无能源磁摩擦控制装置应用于结构被动智能控制。分析了无能源磁摩擦控制装置的恢复力特性及影响参数 ,建立了被动连续变刚度体系的理论模型 ,推导了受控结构系统的一般方程 ,进行了模型结构的被动智能控制仿真分析。

620MPa级海洋平台钢的连续冷却转变

利用热膨胀仪绘制并分析了620 MPa级海洋平台钢的连续冷却转变曲线,并辅以金相法、显微硬度法和连续刚度法研究了620 MPa级海洋平台钢的连续冷却转变产物及组织特征。结果表明,在冷速小于8℃/s时,试验钢连续冷却转变产物主要是多边形铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体;在冷速增大到10℃/s时,试验钢中开始出现板条贝氏体,板条贝氏体含量随着冷速的增大而增加;冷速达到50℃/s时,试验钢组织中出现马氏体板条,马氏体板条的出现可有效提高试验钢的硬度。