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三维桥式放大机构的柔性微定位平台的研究与改进
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作者 赵智全 祝锡晶 +1 位作者 李婧 崔佳俊 《机械传动》 北大核心 2024年第9期152-159,共8页
在微定位平台的设计中,引入能够产生高位移放大倍数的三维桥式放大机构,并在此基础上引入了能够有效减少输出端寄生位移的四杆对称式导向机构,从而使所设计的微定位平台能够充分结合二者优势。根据应变能理论、卡氏第二定理、拉格朗日定... 在微定位平台的设计中,引入能够产生高位移放大倍数的三维桥式放大机构,并在此基础上引入了能够有效减少输出端寄生位移的四杆对称式导向机构,从而使所设计的微定位平台能够充分结合二者优势。根据应变能理论、卡氏第二定理、拉格朗日定理,建立该微定位平台的静动态数学模型,理论分析了平台关键尺寸对平台位移放大倍数的影响;并通过计算获得了最优参数下的放大倍数和固有频率,其值分别为19.90和193.26 Hz。通过有限元方法验证了放大倍数和固有频率,其相对误差分别为4.3%和5.9%,从而证明了所改进的微定位平台的优越性能以及理论分析方法的准确性,为放大机构的柔性微定位平台的数学模型构建提供了一定的理论指导。 展开更多
关键词 三维桥式放大机构 四杆对称式柔性机构 柔性微定位平台 卡氏第二定理 有限元 仿真
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基于卡氏第二定理求解细长螺旋杆件的位移
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作者 雍华东 《力学与实践》 2024年第2期443-446,共4页
由于具有较为优异的力学性能,螺旋结构的细长杆件在工程中得到了广泛的应用。在拉伸及弯曲载荷作用下,螺旋杆件自身较为特殊的结构导致其变形规律较为复杂。本文基于螺旋杆件的应变能及材料力学的卡氏第二定理,得到了拉伸及横向载荷作... 由于具有较为优异的力学性能,螺旋结构的细长杆件在工程中得到了广泛的应用。在拉伸及弯曲载荷作用下,螺旋杆件自身较为特殊的结构导致其变形规律较为复杂。本文基于螺旋杆件的应变能及材料力学的卡氏第二定理,得到了拉伸及横向载荷作用下螺旋杆件的位移,所得解析结果与有限元结果一致。螺旋杆件位移的求解可以作为材料力学基本内容的拓展,加强学生对相关知识点的理解和掌握。 展开更多
关键词 螺旋杆件 位移 卡氏第二定理
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典型柔性铰链柔度性能的计算与分析 被引量:24
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作者 张志杰 袁怡宝 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期106-110,共5页
以结构力学中卡氏第二定理为理论基础,通过引入恰当的积分变量,建立了计算一般单边柔性铰链柔度性能的统一数学模型,并用推导的解析式计算了单边直圆、单边抛物线和单边正割曲线形柔性铰链的柔度性能,利用有限元方法对柔性铰链的柔度解... 以结构力学中卡氏第二定理为理论基础,通过引入恰当的积分变量,建立了计算一般单边柔性铰链柔度性能的统一数学模型,并用推导的解析式计算了单边直圆、单边抛物线和单边正割曲线形柔性铰链的柔度性能,利用有限元方法对柔性铰链的柔度解析式进行校验,结果表明有限元与封闭形式近似解的相对误差小于9%,通过定义柔度比函数,分析了柔性铰链结构参数对其柔度性能的影响关系,并比较了这几种柔性铰链的柔度性能,为柔性铰链的工程设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 机械传动机构 柔性铰链 卡氏定理 柔度 有限元
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桥式直接耦合柔性机构的优化设计方法 被引量:7
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作者 张兆成 苏继军 胡泓 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期119-124,共6页
研究设计了用于压电尺蠖驱动器中间驱动机构的桥式直接耦合柔性机构,建立了该柔性机构的简化模型.利用卡氏定理推导了刚度方程,将柔性机构简化为单自由度弹簧质点系统,得到固有频率.通过实验测试了该柔性机构的刚度和固有频率,并分别与... 研究设计了用于压电尺蠖驱动器中间驱动机构的桥式直接耦合柔性机构,建立了该柔性机构的简化模型.利用卡氏定理推导了刚度方程,将柔性机构简化为单自由度弹簧质点系统,得到固有频率.通过实验测试了该柔性机构的刚度和固有频率,并分别与有限元法和解析法的结果进行对比分析.结果表明:刚度和固有频率的解析解误差分别为5.5%和14.1%,有限元解的误差分别为7.7%和10.1%,验证了解析解和有限元解的正确性.为了方便初始设计阶段的参数优化设计,利用有限元方法研究了该柔性机构各几何参数对机构静动态特性的影响.给出了一种简单有效的优化设计方法,通过改变该柔性机构的几何参数对其静动态特性进行优化. 展开更多
关键词 桥式 柔性机构 卡氏定理 伪刚体模型 有限元方法
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基于不同基本结构求解超静定问题的力法方程 被引量:3
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作者 杨立军 邓志恒 +1 位作者 陆守明 孙晋 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2012年第5期594-597,共4页
力法分析中,冗余约束力和荷载可以基于不同基本结构求解超静定问题.采用卡氏定理,推导了力法新的分析方法基本方程,证明了在力法分析中可以混合采用不同的基本结构建立力法基本方程和求解自由项,并对新的基本方程的物理意义进行了分析.... 力法分析中,冗余约束力和荷载可以基于不同基本结构求解超静定问题.采用卡氏定理,推导了力法新的分析方法基本方程,证明了在力法分析中可以混合采用不同的基本结构建立力法基本方程和求解自由项,并对新的基本方程的物理意义进行了分析.算例分析表明,该方法计算简单,结论正确,有助于进一步认识力法. 展开更多
关键词 力法 超静定结构 基本结构 卡氏定理 图乘法
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圆弧型柔性球铰柔度设计计算 被引量:8
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作者 杨春辉 刘平安 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2014年第4期389-392,404,共5页
通过研究圆弧型柔性球铰的柔度性能,使该柔性球铰可代替传统的双轴柔性铰链应用于空间多自由度柔顺机构.根据《材料力学》中的卡氏第二定理,圆弧型柔性球铰柔度的解析公式被推导出,然后利用ANSYS12.0软件对其进行有限元分析,结果表明有... 通过研究圆弧型柔性球铰的柔度性能,使该柔性球铰可代替传统的双轴柔性铰链应用于空间多自由度柔顺机构.根据《材料力学》中的卡氏第二定理,圆弧型柔性球铰柔度的解析公式被推导出,然后利用ANSYS12.0软件对其进行有限元分析,结果表明有限元分析与解析式的计算结果基本一致.通过改变圆弧型柔性球铰的各结构参数来分析其性能,得出各结构参数对其柔度的影响大小依次为:最小截面直径t、圆弧的圆心角θm、圆弧半径R、杨氏模量E.此设计计算和特性分析为柔性球铰在柔顺机构的应用提供了依据. 展开更多
关键词 圆弧型柔性球铰 卡氏定理 柔度 有限元
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双轴椭圆柔性铰链的设计计算 被引量:19
7
作者 曹锋 焦宗夏 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期178-182,共5页
利用矩阵论、能量法、卡氏第二定理和微积分的知识推导出了双轴椭圆柔性铰链设计计算公式,并用有限元分析方法对所推导的公式进行了验证。实际应用和ANSYS软件分析的结果表明了所推导的双轴椭圆柔性铰链的柔度计算公式是正确的,是可以... 利用矩阵论、能量法、卡氏第二定理和微积分的知识推导出了双轴椭圆柔性铰链设计计算公式,并用有限元分析方法对所推导的公式进行了验证。实际应用和ANSYS软件分析的结果表明了所推导的双轴椭圆柔性铰链的柔度计算公式是正确的,是可以用于实际双轴椭圆柔性铰链的设计计算的。 展开更多
关键词 柔性铰链 双轴椭圆柔性铰链 卡氏第二定理 微积分 有限元
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MEMS平面微弹簧刚度分析 被引量:11
8
作者 李华 石庚辰 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2007年第2期237-239,共3页
对一种UV-LIGA工艺制备的封闭环“B型”微机电系统(MEMS)平面微弹簧建立了力学分析模型,运用能量法的卡氏第二定理,推导出了其在线性范围内的弹性常数计算公式。运用类似方法,推导出了开口“S型”MEMS平面微弹簧在线性范围内的弹性常数... 对一种UV-LIGA工艺制备的封闭环“B型”微机电系统(MEMS)平面微弹簧建立了力学分析模型,运用能量法的卡氏第二定理,推导出了其在线性范围内的弹性常数计算公式。运用类似方法,推导出了开口“S型”MEMS平面微弹簧在线性范围内的弹性常数计算公式。在相同尺寸和材料特性条件下,对这两种平面微弹簧的刚度进行了对比研究,结果表明,闭环结构比开口结构的微弹簧刚度大。从力学的角度分析了其原因。对这两种平面微弹簧进行了力学拉伸实验,实验结果与公式计算结果相吻合。 展开更多
关键词 MEMS 平面微弹簧 卡氏第二定理 弹性常数
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交叉簧片柔性铰链设计 被引量:3
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作者 吴昊 李宗轩 +2 位作者 张德福 李清雅 李云峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1203-1209,共7页
针对某光学仪器对光学元件柔性支撑的要求,提出了一种新型交叉簧片型柔性铰链,利用卡氏第二定理研究了设计方法。首先,利用卡氏第二定理推导交叉簧片型柔性铰链的柔度计算公式,确定铰链的轴向刚度与转动刚度,分析了直梁长度、直梁高度... 针对某光学仪器对光学元件柔性支撑的要求,提出了一种新型交叉簧片型柔性铰链,利用卡氏第二定理研究了设计方法。首先,利用卡氏第二定理推导交叉簧片型柔性铰链的柔度计算公式,确定铰链的轴向刚度与转动刚度,分析了直梁长度、直梁高度和空心圆柱壁厚对其刚度的影响;然后,进行了实例设计,并利用有限元软件进行了分析;最后,搭建光学测试平台,对实例进行了转动角度和转动刚度的测量。结果表明:解析解、仿真解和实验测量数据一致性较好,最大相对误差为8.7%。使用卡氏第二定理作为设计工具,设计者可根据交叉簧片柔性铰链的刚度与结构应力等要求确定几何参数,而且交叉簧片柔性铰链的设计为其他铰链的结构形式提供了新的思路。 展开更多
关键词 交叉簧片柔性铰链 有限元分析 卡氏第二定理 转动刚度
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曲线箱梁桥的空间传递矩阵 被引量:5
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作者 闫仙丽 李青宁 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期1212-1218,共7页
为了分析曲线箱梁桥的受力情况,将传递矩阵法用于曲线箱梁桥的受力分析,以变化固定端的悬臂梁作为单元基本计算体系,利用平衡方程、卡式定理及虚功原理推导了弹性曲线箱梁的显式空间传递矩阵,并考虑了截面剪切中心与形心不重合的影响。... 为了分析曲线箱梁桥的受力情况,将传递矩阵法用于曲线箱梁桥的受力分析,以变化固定端的悬臂梁作为单元基本计算体系,利用平衡方程、卡式定理及虚功原理推导了弹性曲线箱梁的显式空间传递矩阵,并考虑了截面剪切中心与形心不重合的影响。为验证公式的正确性,分别采用传递矩阵法与有限元法对某一单跨曲线箱梁桥进行空间受力分析,结果显示2种方法计算结果基本吻合,而传递矩阵法划分较少单元却可达到很高的精度,计算效率大大提高。表明该公式正确,推导方法可行,可推广应用于其他结构在不同荷载情况下传递矩阵的推导。 展开更多
关键词 曲线桥 箱梁 空间传递矩阵 卡式定理 虚功原理
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低g值微惯性开关中阿基米德平面螺旋梁的设计 被引量:1
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作者 张凤田 熊壮 +1 位作者 金伟锋 唐彬 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期39-43,共5页
针对低g值微惯性开关对微弹簧的系统刚度达到(0.1~10)N/m数量级的要求,设计了一种阿基米德平面螺旋梁结构的微惯性开关。根据材料力学中的卡氏定理和线弹性理论,推导了阿基米德平面螺旋梁的弹性系数计算公式,并与ANSYS有限元仿真分析结... 针对低g值微惯性开关对微弹簧的系统刚度达到(0.1~10)N/m数量级的要求,设计了一种阿基米德平面螺旋梁结构的微惯性开关。根据材料力学中的卡氏定理和线弹性理论,推导了阿基米德平面螺旋梁的弹性系数计算公式,并与ANSYS有限元仿真分析结果进行了对比。基于推导的弹性系数计算公式设计了一种三根阿基米德平面螺旋梁支撑的动作阈值5.5gn的微惯性开关,并采用SOI硅片以及玻璃-硅-玻璃键合技术进行了加工,在离心转台上对开关实际动作阈值进行测试,并将测试值与设计值进行对比。结果表明,采用推导到的阿基米德平面螺旋梁弹性系数计算公式计算结果与ANSYS仿真结果相近,基于推导的弹性系数计算公式设计的三根阿基米德平面螺旋梁支撑的微惯性开关动作阈值设计值与实测值相近,单根阿基米德平面螺旋梁弹性系数约0.8 N/m,能够满足低g值微惯性开关低刚度的要求,推导的弹性系数计算公式能够用于基于阿基米德平面螺旋梁的低g值微惯性开关的设计。 展开更多
关键词 微惯性开关 阿基米德 卡氏定理 平面螺旋梁 微弹簧
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单轴半蝶形柔性铰链在快速反射镜中的设计与应用 被引量:2
12
作者 赵磊 柳秋兴 +3 位作者 胡博 王虎 梁亮 卢恒 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第10期81-90,共10页
针对提高激光武器系统光束指向控制稳定精度的战术需求,设计了一款适用于光束指向快速反射镜的单轴半蝶形柔性铰链。首先,根据快速反射镜系统运动形式及功能需求,推演单轴半蝶形柔性铰链的物理模型;然后,采用基于卡氏第二定理的卡氏法... 针对提高激光武器系统光束指向控制稳定精度的战术需求,设计了一款适用于光束指向快速反射镜的单轴半蝶形柔性铰链。首先,根据快速反射镜系统运动形式及功能需求,推演单轴半蝶形柔性铰链的物理模型;然后,采用基于卡氏第二定理的卡氏法简化并求解数学模型,并优化模型参数;最后进行有限元仿真与实验测试,并对单轴半蝶形柔性铰链机械谐振频率的理论计算、仿真分析以及实验测试结果进行分析比较。实验结果表明:单轴半蝶形柔性铰链工作方向机械谐振频率为165.29 Hz,满足设计指标要求。理论计算与实验测试结果相差1.3%,有限元仿真与实验测试结果相差3.2%。从而证明了单轴半蝶形柔性铰链结构形式合理,数学建模准确,为提高激光武器系统光束指向控制稳定精度提供了有力的支撑。 展开更多
关键词 激光武器 单轴半蝶形柔性铰链 卡氏第二定理 快速反射镜 光束指向控制
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双轴直圆柔性铰链的柔度计算(英文) 被引量:4
13
作者 陈爱武 曹锋 侯文 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 2010年第5期838-846,共9页
柔性铰链具有体积小、无机械摩擦、无间隙、运动平稳无需润滑等特点,被广泛应用于多种仪器仪表中,获得了极高的精度和稳定性.柔性铰链设计的关键是柔度的计算.本文基于矩阵论、能量法、卡氏第二定理和微积分等知识推导出了双轴直圆柔性... 柔性铰链具有体积小、无机械摩擦、无间隙、运动平稳无需润滑等特点,被广泛应用于多种仪器仪表中,获得了极高的精度和稳定性.柔性铰链设计的关键是柔度的计算.本文基于矩阵论、能量法、卡氏第二定理和微积分等知识推导出了双轴直圆柔性铰链设计的柔度计算公式;利用Visual C++6.0编制了其计算软件,通过修改几何参数,可以直观地看到用解析法所求得的各个柔度,便于双轴直圆柔性铰链几何参数的反复修改设计;运用有限元ANSYS11.0分析方法对计算公式进行了验证,结果表明本文推导的双轴直圆柔性铰链的柔度计算公式是正确的,可以用于实际双轴直圆柔性铰链的设计计算. 展开更多
关键词 柔性铰链 双轴直圆柔性铰链 卡氏第二定理 有限元 微积分
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基于平面矩形螺旋梁的低g值微惯性开关的研制 被引量:1
14
作者 王超 陈光焱 吴嘉丽 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期679-686,共8页
以弹性材料单晶硅为结构材料,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1 g~30 g)微惯性开关.根据材料力学中的卡氏定理和线弹性理论,推导得到了惯性开关闭合阈值的计算公式,其计数结果与ANSYS有限元分析结果的相对误差小于3%.为提高低g... 以弹性材料单晶硅为结构材料,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1 g~30 g)微惯性开关.根据材料力学中的卡氏定理和线弹性理论,推导得到了惯性开关闭合阈值的计算公式,其计数结果与ANSYS有限元分析结果的相对误差小于3%.为提高低g值微惯性开关的环境适应能力,提出双触点和低频弹簧-质量的结构设计方案.为提高结构尺寸的加工精度,提出基于双埋层SOI的低g值微惯性开关加工工艺方案.采用KOH腐蚀、ICP刻蚀和喷涂工艺等关键工艺技术,完成了微惯性开关的制备,划片后芯片尺寸为7mm×7mm×1.3mm.经离心试验测试,微惯性开关的闭合阈值为6.45 g,具有优于±0.5 g的闭合精度.通过随机振动和高温等环境试验后,2只微惯性开关样品闭合阈值的变化量小于0.5 g,表明微惯性开关具有较好的环境适应能力和机械性能. 展开更多
关键词 低g值微惯性开关 平面矩形螺旋梁 卡氏定理 双埋层SOI 微机电系统
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薄壁零件加工中控制弹性变形的理论研究 被引量:1
15
作者 张洪江 王庆喜 贺云天 《吉林农业大学学报》 CAS CSCD 1993年第3期67-73,共7页
本文建立了以卡氏定理为核心控制薄壁零件加工时的误差分析模型。并研制出相应的工装夹具。实践证明,该理论与工装夹具对薄壁零件的弹性变形的控制具有一定的意义。
关键词 薄壁零件 弹性变形 理论 零件 加工
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对能量法及其计算杆系结构位移的探讨 被引量:1
16
作者 赵伟东 王雪 +1 位作者 张添渊 赵斌 《宁夏大学学报(自然科学版)》 CAS 2017年第3期263-266,共4页
用数学归纳法证明了克拉贝依隆原理.将弹性体的应变能表达为荷载的二次齐次函数的一般形式,并用克拉贝依隆原理直接得到了卡氏第二定理.指出了卡氏第二定理与单位荷载法计算线弹性杆系结构位移的方法其本质是相同的,而基于虚功原理的单... 用数学归纳法证明了克拉贝依隆原理.将弹性体的应变能表达为荷载的二次齐次函数的一般形式,并用克拉贝依隆原理直接得到了卡氏第二定理.指出了卡氏第二定理与单位荷载法计算线弹性杆系结构位移的方法其本质是相同的,而基于虚功原理的单位荷载法则具有广泛的适应性,方法更简单,物理意义更明确. 展开更多
关键词 能量法 位移计算 克拉贝依隆原理 卡氏第二定理 单位荷载法
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钢管锯切夹紧力的力学分析 被引量:6
17
作者 熊杰 《宝钢技术》 CAS 2003年第5期25-28,52,共5页
锯切夹紧力大小对钢管锯切有很大的影响。基于力学方法 ,详细推导了夹紧力计算公式。该计算公式对于现场的生产实践具有重要的指导意义 ,并且为锯机夹紧装置的设计提供了理论依据。
关键词 钢管 锯切 夹紧力 卡氏定理
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倒圆角直梁型柔性球铰柔度计算与分析 被引量:3
18
作者 杨春辉 《机床与液压》 北大核心 2013年第3期55-58,共4页
柔性铰链广泛用在微动机器人的关节,其柔度性能直接影响微动机器人的终端定位。以材料力学卡氏第二定理和微积分为理论基础,推导了直梁型柔性球铰柔度的解析公式,并利用ANSYS10.0软件对柔度公式进行校验,分析结果与解析公式的计算结果... 柔性铰链广泛用在微动机器人的关节,其柔度性能直接影响微动机器人的终端定位。以材料力学卡氏第二定理和微积分为理论基础,推导了直梁型柔性球铰柔度的解析公式,并利用ANSYS10.0软件对柔度公式进行校验,分析结果与解析公式的计算结果基本一致。分析直梁柔性球铰的性能,得出了结构参数对其柔度性能的影响关系,为柔性球铰的工程设计提供了参考。 展开更多
关键词 直梁型柔性球铰 卡氏定理 柔度
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平面杆系几何非线性分析的刚度矩阵 被引量:4
19
作者 吴力宁 王新敏 《石家庄铁道学院学报》 1993年第1期1-10,共10页
本文在T.L坐标下,从能量原理出发,利用卡氏定理直接推导出了梁单元几何非线性的割线刚度矩阵和切线刚度矩阵显式表达式,经过整理,将二者的表述统一起来,并利用虚位移原理证明了两个矩阵的正确性。文中还就几种情况对两个矩阵进行了简化... 本文在T.L坐标下,从能量原理出发,利用卡氏定理直接推导出了梁单元几何非线性的割线刚度矩阵和切线刚度矩阵显式表达式,经过整理,将二者的表述统一起来,并利用虚位移原理证明了两个矩阵的正确性。文中还就几种情况对两个矩阵进行了简化,给出了不同的矩阵形式。 展开更多
关键词 割线刚度 切线刚度 几何非线性
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体外预应力混凝土体外筋应力增量的变形能解法 被引量:1
20
作者 康叶铭 《黑龙江工程学院学报》 CAS 2006年第1期23-25,共3页
利用最小变形能原理推导出计算体外预应力混凝土体外筋应力增量的计算公式,计算了简支梁在均布荷载下体外筋的应力增量,与力法的计算结果比较,两者结果基本一致。变形能法的计算过程与力法计算过程相比更为简单方便,并可以推广到更复杂... 利用最小变形能原理推导出计算体外预应力混凝土体外筋应力增量的计算公式,计算了简支梁在均布荷载下体外筋的应力增量,与力法的计算结果比较,两者结果基本一致。变形能法的计算过程与力法计算过程相比更为简单方便,并可以推广到更复杂的结构计算。 展开更多
关键词 体外预应力 卡氏定理 变形能 体外筋 应力增量
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