机床立柱高比刚度结构仿生设计

提高机床运动结构的比刚度对于提高机床加工精度以及系统动力学性能具有重要作用.基于结构仿生的原理和方法,在分析骨架对生物体刚度的贡献以及体现了最佳的载荷路径这一思想的基础上,对叶片抛磨机立柱内部的筋板结构进行重新设计,使其发挥骨架的作用.对原型及仿生型立柱进行了静力、模态及瞬态动力学分析,经过有限元分析发现,立柱的质量减小,比刚度结构效能得到了较大的提高,其静动力学性能也有明显的改善.

铣车复合加工中心立柱高比刚度效能仿生设计研究

针对某型铣车复合加工中心立柱的轻量化问题,文章基于仿生设计原理和方法,在分析铣车复合加工中心立柱工作载荷的基础上,从空茎植物的力学与构型特性出发,以高比刚度结构效能为目的,对立柱内部结构进行仿生设计。通过对仿生型立柱进行静力和模态仿真分析,其结果表明,仿生型立柱的质量减轻,比刚度结构效能得到较大提高,其静动力学性能也有显著改善。

构件比刚度结构效能提升设计方法及其应用

针对构件结构静动态特性研究中如何有效确定优化设计对象、衡量优化设计结果的问题,引入了比刚度结构效能概念,提出了构件比刚度结构效能提升设计方法和步骤。从三个方面探讨了构件比刚度结构效能提升设计方法:一是量化构件结构静动态特性,通过比刚度结构效能概念把构件的质量、最大变形量和固有频率及构件材料的弹性模量这4个重要特性指标进行整合,得到比刚度结构效能数值,从而量化构件结构静动态特性;二是综合运用拓扑优化和多目标优化,找出优化设计对象,优化构件结构;三是计算构件动态比刚度结构效能数值和静态比刚度结构效能数值验证构件比刚度结构效能的提升。通过把比刚度结构效能提升设计方法应用到龙门机床动横梁构件优化设计中,优化后的动横梁构件静态比刚度结构效能数值平均提升了41.2%,动态比刚度结构效能数值提升了5.5%,验证了构件比刚度结构效能提升设计的有效性。

关于工程材料中的比强度和比刚度

关于工程材料中的比强度和比刚度韩荣第（哈尔滨工业大学机械工程系１５０００１）随着航天、航空及汽车工业的飞速发展，在要求工程材料具有高强度和高刚度的同时，质量必须要轻。为了便于比较不同工程材料的这些特殊性能的优劣，工程应用中常常引入比强度和比刚度的概念...

基于比刚度最大的球铰接杆式支撑臂参数设计

球铰接杆式支撑臂的构型参数设计决定了支撑臂的质量、收拢包络尺寸、刚度和强度等特性。文章提出了一种基于球铰接杆式支撑臂展开后比刚度最大的构型参数设计方法,利用MATLAB和ANSYS联合仿真,分析了不同构型参数组合下支撑臂比刚度的变化规律。结果表明,对于20～100m范围内的球铰接杆式支撑臂,纵梁与横杆的长度比及套筒半径的优选范围随支撑臂总长度增加而增加。当支撑臂总长度分别为20m、60m和100m时,对应的套筒半径优选范围分别为0.3～0.4m、0.5～0.7m和0.6～0.9m。提出了基于比刚度最大的支撑臂参数设计流程。利用提出的设计方法对SRTM任务中球铰接杆式支撑臂进行了构型参数设计,设计结果与ADAM杆构型参数相近,表明设计方法正确、可行。

钢/聚氨酯夹层板的抗弯比刚度研究

运用夹层板基础理论和有限元软件工具分析了钢/聚氨酯夹层板的抗弯比刚度,通过理论计算和有限元数值实验对普通船用钢板和不同厚度比的钢/聚氨酯夹层板的抗弯比刚度进行了计算分析.分析结果表明:钢/聚氨酯夹层板的抗弯比刚度明显高于普通钢板;当钢/聚氨酯夹层板的面板、芯材材质及夹层板总厚度相同时,单纯依靠增加聚氨酯芯材的体积占比并不一定能有效提高夹层板的抗弯比刚度,还必须同时考虑面板总厚度及两侧面板厚度分配比例的关系.

用多层管材内衬提高抗爆结构比强度及比刚度

本文探讨了多层管材的比强度及比刚度，为抗爆结构设计提供了一个新途径。

基于比刚度的牛头式电火花机床平滑枕结构设计与研究

平滑枕是牛头式电火花机床的关键部件,牛头式结构是典型的悬臂结构。在受到重力和加工力的作用下,作为悬臂结构的薄弱环节,平滑枕极易产生变形,从而反作用于主轴,严重降低机床的使用性能。对牛头式电火花机床平滑枕的筋板结构进行了分析,并提出了一种全新的结构形式。最后以比刚度为评价原则,得到最优的结构方案,为牛头式电火花机床机床运动部件的设计提供了理论依据。

基于Bennett机构的环形可展开桁架设计与分析

针对环形天线桁架在面对大口径卫星天线时存在柔性较大、容易引起卫星天线形变的问题,提出一种基于Bennett机构的环形可展桁架。首先,介绍空间过约束Bennett机构,通过改变Bennett机构的转动副与连杆关系,得到稳定的Bennett机构替代构型;其次,以替代构型为基本单元,构建基本单元之间的过渡机构,实现单元之间的衔接和力矩的传递,从而构建出环形可展桁架;最后,通过结构优化和仿真实验,验证了该桁架的可靠性,并与现有的三种环形桁架进行对比。结果表明,该桁架的比刚度与比模态频率均大于其它三种环形可展天线桁架,具备良好的稳定性。

多种环境下预埋热塑性树脂薄膜CFRP层合板增强技术

碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种具有比强度和比刚度高、耐腐蚀、抗疲劳断裂性能好、可设计性强及便于大面积成型等优异性能的各向异性材料,在汽车、航空航天等领域获得广泛应用与认可。然而CFRP一般为层合结构,难免会存在一些初始缺陷如层间分层损伤,这种缺陷的存在会使材料的承载效果大大降低。安学锋深化益小苏教授的“离位”复合思想,应用碳纤维给复合材料层合板增韧方法,对材料进行冲击试验与分析,发现此方法可提高材料抗冲击抗损伤性能、抑制层间分层损伤。刘俊先等应用热塑性树脂聚醚酮(PEK-C)对酚醛树脂进行增韧研究,得出PEK-C的加入提高了复合材料的剪切强度。

夹芯薄壁金属管吸能特性

薄壁金属管具有结构简单、加工方便、成本低的特点,夹芯结构整体密度低,比刚度和比模量高,拥有优良的力学性能,两者作为缓冲吸能结构都有很广泛的应用。夹芯薄壁金属结构是将夹芯结构和薄壁金属管结构相结合的一种新型结构,此前作者通过该结构受力时的变形特点对其缓冲力理论模型进行了推导,但还未通过相关试验对其吸能特性进行进一步的研究。由于动态冲击试验过程复杂且危险、成本高.

LA43M镁锂合金过烧工艺

镁锂合金是迄今为止密度最小的金属结构材料,目前工业用镁锂合金密度为1.41~1.65 g/cm^(3),比铝合金轻50%左右,比一般镁合金轻25%左右[1-2]。镁锂合金具有很高的比刚度、比强度和优良的抗震性能,其与铝合金比刚度分别为27-32 GPa/(g.cm^(-3))及28 GPa/(g.cm^(-3)),比强度分别为150~200 MPa/(g.cm^(-3))及100~150 MPa/(g.cm^(-3))。

JMC对应力波透射系数和节理比刚度影响的实验研究

节理对岩体的动态力学特性有重要影响。采用改进型霍普金森花岗岩压杆(SHPB)实验设备,研究一维应力波在花岗岩人工节理处的传播规律,进而分析节理的动力学特性。通过切割工艺在花岗岩试样表面形成人工节理,使其具有不同的节理吻合系数(JMC)。采用两点式波分离方法处理实验数据,得到节理处的入射波,以及节理产生的反射波和透射波,进一步计算得到应力波传播通过节理的透射系数。基于SHPB实验的基本原理,得到节理的闭合量和作用在节理上的压力之间的关系,从而分析出节理的比刚度。该实验分析节理吻合系数对波传播的影响,进而研究节理吻合系数对花岗岩节理动态力学特性的影响。

基于三点支撑法镁合金刚度特性的实验研究

镁合金的弯曲刚度是其工程应用的重要考核指标之一.通过三点支撑法分别研究了厚度为2.16 mm与3.66 mm的AZ31和AZ31B镁合金板的杨氏模量及弯曲刚度.结果表明,AZ31和AZ31B镁合金的杨氏模量和弯曲刚度相差不大.杨氏模量的值介于41.74~45.1 GPa之间,弯曲刚度的值介于28.4~30.8 GPa 之间.对与3.66 mm 厚镁合金试件具有相同面密度的铝合金和钢质试件做了相同的研究,结果表明,镁合金板具有更高的抗弯系数.同时AZ31镁合金的比刚度为钢板比刚度的93.2%,比铝合金板高20.6%,AZ31B的比刚度比AZ31的略低.因此,镁合金是最合适的轻量化设计材料.

机械设计选材与强度刚度评估

叙述机械设计过程中，如何根据材料强度、刚度与密度之间的相对关系，合理选择材料，以减轻机械构件的重量。针对比强度、比刚度物理意义不够明确，又不能普遍引用的缺点，提出按照变形方式，以约化强度、约化刚度作为预先评估强度、刚度的依据。

五轴数控机床床身的全植物叶片结构仿生设计

为了提高机床的强度与刚度,使它具有良好的动静态特性。基于叶片褶皱稳定结构及叶脉分布结构的特点,建立叶片褶皱及叶脉的力学模型。以五轴数控机床的床身构件为研究对象,在SolidWorks环境下对床身构件进行全叶片的数字化仿生设计,通过Workbench对床身构件进行动静态特性分析。研究结果表明:仿生设计床身与原床身相比,比刚度效能提高14.39%,等效应力降低15.7%,质量减少2.17%,改善了床身动静态性能,实现了机床结构的仿生轻量化设计。

轻质金属——镁的自述

我叫镁(Mg),是人类的好朋友。我呈银白色,常温下密度为1.75克/立方厘米,是最轻质的商用金属工程结构材料,熔点为650℃,沸点为1090℃。我的化学性质活泼,能导电、导热;合金加工性能良好,抗腐蚀强度大,韧性好,无磁性;在空气中易与氧气化合,燃烧时发出含紫外线的强光。镁与钢、铝、塑料等工程材料相比,具有诸多的优异特性:一是比强度(强度与密度的比值)和比刚度高。密度小,质量轻,仅为铝合金质量的三分之二,在惰性气体保护下,机械加工性较好(制粉、切割),适合于压铸成型、液态成型,性能优越,而且具有薄壁铸造性能。

弹性连杆对平行打纬机构前死心位置的影响

随着织机转速提高,共轭凸轮与四连杆组合的平行式打纬机构中的连杆构件会在惯性载荷的作用下变形加大,从而导致钢筘前死心位置与理想位置产生偏差,影响打纬精度。针对该问题采用虚拟仿真与实验结合的方法对机构进行研究,建立了平行打纬机构柔性连杆下的动力学模型,并运用ADAMS软件进行仿真,探究不同凸轮转速和连杆不同材料对钢筘前死心位置的影响,同时搭建实验平台对仿真结论进行验证。结果表明:凸轮转速对钢筘前死心位置的影响是非线性的,凸轮转速在180 r min以内钢筘的前死心位置稳定且偏差值较小。弹性连杆构件选用比刚度更大的材料有助于减小钢筘前死心位置偏差。研究结果可为高速共轭凸轮平行打纬机构的设计和优化提供参考。

蜂窝夹层结构镶嵌件承载能力影响因素分析

蜂窝夹层结构利用蜂窝材料作为夹芯,具有比传统材料更高的比强度和比刚度等优点,因此,在航空航天领域广泛应用,成为主要的航空航天蒙皮材料之一。该结构包括上下蒙皮(面板)和中间厚而轻的蜂窝夹芯层。通常,上下蒙皮和芯子用胶黏剂胶接成刚性结构,与普通金属面板相比,在抗弯、抗冲击等力学性能上具有明显优势,并且大大降低了结构重量。在现代直升机结构设计中,被广泛应用于主要承力结构。

SiC和SiC/Al在TMA空间遥感器中的应用

简述了空间遥感器的空间应用环境和三反射镜消像散(TMA)轻型遥感器的特点,介绍了遥感器设计中材料选择的重要性及影响,在TMA轻型遥感器研制中选用了具有高导热性和高比刚度的SiC和SiC/Al复合材料。对SiC和SiC/Al复合材料与常用光机材料的空间应用综合品质因子进行了比较,SiC材料的综合品质因子为8072.92,是常用光学材料的3～8倍,高体分SiC/Al复合材料的综合品质因子为1687.50,为常用机械材料的5～9倍。对遥感器的主框架进行了模态分析和试验,验证了分析计算模型的正确性;对遥感器进行了空间环境下光机热的集成计算,得出了在空间环境下遥感器的光学传递函数。计算及实验证明,这些材料的应用提高了遥感器的机械性能和热性能,提高了TMA轻型空间遥感器的空间适应能力。