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正交簧片型大行程柔性球铰设计及柔度分析

工程设计学报 2023年第5期30卷 626-633页

作者：谢超陈云壮石光楠赖磊捷上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

传统缺口型柔性球铰的工作行程较小,且存在结构构型及柔度计算复杂、加工工艺要求高等问题,不能应用于需大行程的场合。为此,设计了一种正交簧片型大行程柔性球铰,即将具有较大变形能力的簧片梁通过正交组合形成虎克铰,使其能够实现3个... 详细信息

传统缺口型柔性球铰的工作行程较小,且存在结构构型及柔度计算复杂、加工工艺要求高等问题,不能应用于需大行程的场合。为此,设计了一种正交簧片型大行程柔性球铰,即将具有较大变形能力的簧片梁通过正交组合形成虎克铰,使其能够实现3个功能轴线方向的运动。该柔性球铰具有结构构型简单、加工制作容易和工作行程较大等优点。根据柔性球铰单个簧片梁的柔度矩阵及连接方式,采用柔度矩阵法和坐标变换方法,对柔性球铰的全局柔度矩阵进行建模和计算,通过有限元仿真和实验测试对所建立的柔度模型进行验证,并分析了柔性球铰几何参数对柔度的影响规律。结果表明:柔度理论计算值与仿真值的相对误差基本在10%以内,与测试值的相对误差在8%以内;几何参数对柔度影响程度从大到小依次是柔性簧片梁2的厚度、宽度、长度。研究结果可以为大行程空间柔顺机构的多样化设计提供参考。

关键词：簧片柔性球铰大行程有限元分析柔度

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柔度标定误差对仪器化压入测试结果的影响

仪器仪表学报 2011年第9期32卷 2095-2100页

作者：宋仲康马德军郭俊宏陈伟装甲兵工程学院机械工程系北京100072

针对两种仪器化压入仪和两种代表性压入测试方法:Oliver-Pharr方法和Ma方法,通过有限元数值模拟分析了仪器柔度标定误差对2种仪器和两种方法测试精度的影响。结果表明仪器柔度的标定精度直接影响压入测试结果的准确度,仪器柔度越小,测... 详细信息

针对两种仪器化压入仪和两种代表性压入测试方法:Oliver-Pharr方法和Ma方法,通过有限元数值模拟分析了仪器柔度标定误差对2种仪器和两种方法测试精度的影响。结果表明仪器柔度的标定精度直接影响压入测试结果的准确度,仪器柔度越小,测试精度越高;就测试方法而言,Ma方法具有比Oliver-Pharr方法更高的精度和更低的仪器柔度敏感性;对同一材料,压入深度越大,由仪器柔度标定误差引入的压入测试结果误差越大;当材料较硬且压入深度较大时仪器柔度的标定尤为重要,小量的标定误差导致测试结果严重偏离真值,甚至为负值。

关键词：仪器化压入柔度标定误差弹性模量

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平面柔性铰链机构的柔度计算方法

清华大学学报（自然科学版） 2016年第6期56卷 633-639页

作者：杜云松李铁民姜峣张京雷清华大学机械工程系北京100084

作为一种高精度的微动机构,柔性铰链机构已经在多个工业领域得到应用。该文针对平面柔性铰链机构,对机构设计中柔度计算方法进行了研究。在分析了一般柔性铰链的柔度计算方法的基础上,利用虚功原理,推导出单个铰链的变形/受力相较于整... 详细信息

作为一种高精度的微动机构,柔性铰链机构已经在多个工业领域得到应用。该文针对平面柔性铰链机构,对机构设计中柔度计算方法进行了研究。在分析了一般柔性铰链的柔度计算方法的基础上,利用虚功原理,推导出单个铰链的变形/受力相较于整个机构的变形/受力的关系;利用矩阵分析方法,结合串联机构和并联机构的单元与终端的变形/受力的互逆形式的传递规律,分别获得了简洁的串并联柔性铰链机构的柔度计算公式。针对3种典型的串并联柔性铰链机构,进行了柔度计算和不同机构参数与各方向柔度关系的分析,并利用经典的有限元法进行了对比仿真实验。实验结果表明:该方法的计算结果与有限元法最大相差7%,平均相差3%。这表明该方法能够为平面柔性铰链机构的设计和结构优化提供参考。

关键词：柔性铰链机构柔度矩阵分析法

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新型柔性铰链的柔度计算

工程力学 2008年第11期25卷 27-32页

作者：张景柱徐诚赵彦峻南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

在力或力矩作用下,柔性铰链将会产生相应的微弹性变形,其柔度性能是表征载荷与形变关系的量度,直接影响着柔性铰链的运动精度和综合性能。目前柔性铰链的设计一般基于繁琐的数值积分方法和有限元技术来计算柔性铰链的性能指标。在提出... 详细信息

在力或力矩作用下,柔性铰链将会产生相应的微弹性变形,其柔度性能是表征载荷与形变关系的量度,直接影响着柔性铰链的运动精度和综合性能。目前柔性铰链的设计一般基于繁琐的数值积分方法和有限元技术来计算柔性铰链的性能指标。在提出一种新型柔性铰链的基础上,基于弹性静力学基本公式和微积分理论,推导出一种新型柔性铰链的柔度计算公式,为新型柔性铰链的设计提供了理论依据;严格推导出柔性铰链中心轴线上任意位置的变形公式,实现了柔性铰链的精确设计计算。采用ANSYS软件对理论公式的准确性进行验证,两种结果十分吻合。

关键词：柔性铰链直优圆弧柔性铰链柔度变形有限元

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基于闭环柔度解析式的双曲线形柔性铰链研究

仪器仪表学报 2007年第6期28卷 1055-1059页

作者：张志杰袁怡宝哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨150001

提出了一种新型的单轴柔性铰链结构型式—单边双曲线形柔性铰链。以力学卡氏第二定理和微积分为理论基础,推导了单边双曲线形柔性铰链柔度的闭环解析公式,在此基础上,推导出单边双曲线形柔性铰链的转动精度公式,对单边双曲线形柔性铰链... 详细信息

提出了一种新型的单轴柔性铰链结构型式—单边双曲线形柔性铰链。以力学卡氏第二定理和微积分为理论基础,推导了单边双曲线形柔性铰链柔度的闭环解析公式,在此基础上,推导出单边双曲线形柔性铰链的转动精度公式,对单边双曲线形柔性铰链的性能进行分析,得出了结构参数对其柔度性能的影响关系。并通过对双边双曲线形柔性铰链比较,分析了单边双曲线形柔性铰链的转动能力、转动精度和对轴向载荷的影响等性能,利用有限元和实验的方法对单边柔性铰链的柔度公式进行校验,结果表明有限元与闭环解析式的偏差小于8%,实验结果和解析式的偏差在7%以内,为柔性铰链在结构紧凑、大位移场合的工程应用提供了有价值的参考。

关键词：柔性铰链双曲线柔度转动精度有限元

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Bipod反射镜支撑结构的柔度计算及分析

光学精密工程 2018年第7期26卷 1691-1697页

作者：李钰鹏王智沙巍贺帅吴清文中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为了改善反射镜在环境温度波动情况下的面形精度下降问题,设计了一种联杆型双轴Bipod柔性支撑结构,并基于柔度理论对它进行了参量优化。首先,对支撑结构的柔度进行了分析和计算,推导出柔性支腿以及反射镜组件的柔度理论公式。然后,以保... 详细信息

为了改善反射镜在环境温度波动情况下的面形精度下降问题,设计了一种联杆型双轴Bipod柔性支撑结构,并基于柔度理论对它进行了参量优化。首先,对支撑结构的柔度进行了分析和计算,推导出柔性支腿以及反射镜组件的柔度理论公式。然后,以保证反射镜轴向支撑刚度和卸载能力为目的,计算得到一组针对口径为200mm反射镜的柔性支撑结构尺寸参数。最后,通过有限元分析和振动试验,对支撑结构的柔度公式、动态特性、温度适应性进行了分析验证。分析结果显示,在一定作用力下,柔性支腿的理论值与有限元分析值的误差在10%以内;振动试验得到组件的一阶频率为358.5Hz,与理论计算值的相对误差为8.8%;在20℃温差下,反射镜面形精度为7.7nm(rms)。试验结果验证了理论模型的有效性,同时说明Bipod柔性支撑结构能够降低温度波动对反射镜面形的影响。

关键词：柔性支撑 Bipod 反射镜面形精度柔度

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紧固件连接柔度的解析与试验研究

工程力学 2013年第3期30卷 470-475,480页

作者：舒怀李亚智刘向东李彪西北工业大学航空学院西安710072

紧固件柔度是机械连接结构设计分析中非常关心的连接特性参数。欧洲工程科学数据库(ESDU)中的98012分部基于弹性基础梁理论,提出计算紧固件连接单钉柔度的基本方程、控制微分方程及其通解形式。该文在此基础上,提出修正的基本方程和边... 详细信息

紧固件柔度是机械连接结构设计分析中非常关心的连接特性参数。欧洲工程科学数据库(ESDU)中的98012分部基于弹性基础梁理论,提出计算紧固件连接单钉柔度的基本方程、控制微分方程及其通解形式。该文在此基础上,提出修正的基本方程和边界条件,可将ESDU方法推广应用于不同材料和不同板厚的单搭接和双搭接连接的柔度分析。作为对比,试验测定和计算了几组复合材料-金属单搭接单钉连接件的柔度值,并建立了连接件三维实体有限元模型。连接柔度计算表明,该文改进的ESDU算法的结果与实测结果和有限元分析结果吻合良好。通过计算探讨了板沉陷系数、板剪切刚度和钉头约束等几个参数对连接柔度预测的影响。

关键词：紧固件连接件弹性基础梁柔度控制方程

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新型混合柔性铰链柔度研究

红外与激光工程 2016年第10期45卷 218-223页

作者：倪迎雪伞晓刚高世杰王晶王涛吴佳彬桑志昕张楠中国科学院大学北京100049 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站吉林长春130117

提出了一种新型双曲线直圆混合柔性铰链。利用卡氏第二定理推导出双曲线直圆混合柔性铰链的柔度计算公式,并根据所推导的公式,分析了直圆半径、最小厚度和切割深度对其柔度的影响。同时采用实体单元建立双曲线直圆混合柔性铰链的有限元... 详细信息

提出了一种新型双曲线直圆混合柔性铰链。利用卡氏第二定理推导出双曲线直圆混合柔性铰链的柔度计算公式,并根据所推导的公式,分析了直圆半径、最小厚度和切割深度对其柔度的影响。同时采用实体单元建立双曲线直圆混合柔性铰链的有限元模型,对不同几何参数的铰链进行仿真分析,并对仿真解与解析解进行对比。结果表明:仿真解与解析解的最大误差在8%以内,证明了所推导公式的正确性;与不同形状的柔性铰链对比得出,双曲线直圆混合柔性铰链具有更好的转动能力和对载荷较高的敏感性。所设计的新型双曲线直圆混合柔性铰链更适用于快速反射镜支撑结构中,同时也为混合型柔性铰链的设计和优化提供了理论依据。

关键词：双曲线直圆混合柔性铰链柔度解析法有限元分析

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基于能量等效原理的K因子、柔度统一模型

机械工程学报 2018年第14期54卷 98-106页

作者：贺屹蔡力勋陈辉西南交通大学力学与工程学院

当前常用裂纹试样的K因子和柔度C表达形式各异且参数的数量较多,有的裂纹试样K因子和柔度式中参数达到或超过6个,不利于计算;对于非标准试样的K因子和柔度C表达式的获取主要根据有限元分析数据而采用回归和拟合的方式,比较繁冗。针对9... 详细信息

当前常用裂纹试样的K因子和柔度C表达形式各异且参数的数量较多,有的裂纹试样K因子和柔度式中参数达到或超过6个,不利于计算;对于非标准试样的K因子和柔度C表达式的获取主要根据有限元分析数据而采用回归和拟合的方式,比较繁冗。针对9种Ⅰ形裂纹试样,基于Chen-Cai能量等效原理提出仅有2或3个参数的K因子、柔度C的统一模型。结果表明,K因子和柔度C统一模型与文献式、有限元结果吻合良好。统一模型的建模方法简便有效,便于工程应用,对于获得各类异型小试样的K因子和柔度C的半解析表达式十分方便。

关键词：应力强度因子柔度统一模型能量等效原理 Ⅰ型裂纹