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新型平面折展机构柔性铰链等效刚度分析

机械工程学报 2014年第17期50卷 25-30页

作者：邱丽芳韦志鸿徐金梧北京科技大学机械工程学院北京100083

平面折展柔顺机构(Lamina emergent mechanisms,LEMs)是一种新型柔顺机构,其优势是机构由二维薄板平面加工生成而能实现三维运动,而平面折展机构柔性铰链是实现其运动的关键部分。提出一种新型平面折展机构柔性铰链,对该柔性铰链进行分... 详细信息

平面折展柔顺机构(Lamina emergent mechanisms,LEMs)是一种新型柔顺机构,其优势是机构由二维薄板平面加工生成而能实现三维运动,而平面折展机构柔性铰链是实现其运动的关键部分。提出一种新型平面折展机构柔性铰链,对该柔性铰链进行分析,分别用等效法和微分法推导出该铰链的两个等效刚度计算公式,并对公式的适用范围进行研究。通过设计实例的分析计算,导出两个等效刚度计算公式的适用范围,并用一组实例的理论分析和有限元分析结果的对比对其进行了验证。

关键词：平面折展柔顺机构柔顺机构新型柔性铰链等效刚度有限元

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基于动态等效刚度的平面柔性铰链建模与分析

振动与冲击 2019年第3期38卷 222-228页

作者：应玲君赵荣珍马德福唐小斌兰州理工大学机电工程学院兰州730050

提出一种能够实现虎克铰功能的平面柔性铰链。在分析平面柔性铰链自由度的基础上扩展铰链的运动形式,对铰链的两种位姿建立一种动态等效刚度计算的理论模型,借助Gauss拟合探究大变形位姿下刚度的非线性变化规律,并在有限元平台上验证了... 详细信息

提出一种能够实现虎克铰功能的平面柔性铰链。在分析平面柔性铰链自由度的基础上扩展铰链的运动形式,对铰链的两种位姿建立一种动态等效刚度计算的理论模型,借助Gauss拟合探究大变形位姿下刚度的非线性变化规律,并在有限元平台上验证了模型的正确性。根据理论模型对铰链整体的刚度变化特点进行了分析,探讨了铰链的性能特性。最后将该平面柔性铰链引入6DOF并联隔振平台,采用ADAMS、ANSYS联合仿真对所建新平台进行刚柔耦合动力学分析。结果表明,该平面柔性铰链在满足虎克铰运动要求的同时还能够有效避免虎克铰间隙引起的振动传递率突变问题。

关键词：柔性铰链虎克铰等效刚度非线性有限元并联隔振

基于等效刚度法的车体结构碰撞建模与参数优化

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工程力学 2022年第2期39卷 244-256页

作者：张敬科朱涛雷成王小瑞杨冰肖守讷阳光武西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 郑州铁路职业技术学院河南省轨道交通智能安全工程技术研究中心郑州451460

针对轨道车辆碰撞动态行为数值模拟效率低、耐撞性分析手段缺乏的问题,提出了基于等效刚度法的车体结构碰撞建模和参数优化方法。基于等效刚度法和简支梁弯曲应变能相等的原理,提出了中空型材截面梁等效为实芯截面梁后抗弯刚度相等的条... 详细信息

针对轨道车辆碰撞动态行为数值模拟效率低、耐撞性分析手段缺乏的问题,提出了基于等效刚度法的车体结构碰撞建模和参数优化方法。基于等效刚度法和简支梁弯曲应变能相等的原理,提出了中空型材截面梁等效为实芯截面梁后抗弯刚度相等的条件,推导了二者结构等效参数的求解公式,利用多岛遗传优化算法对等效参数进行了优化;详细对比了车体结构等效模型和原模型主要振动模态频率,证明了等效模型能够较好的反映原模型的动态特性,验证了车体结构等效模型的有效性;对比分析了某城轨车辆车体结构等效前后的一阶垂弯和一阶扭转频率,以及两种结构车辆在15 km/h的碰撞工况下车体的速度、加速度、能量、界面力等主要碰撞响应的变化趋势及误差。研究结果表明:中空型材结构等效模型能够较好的反映原结构的动态特性,整车车体结构的一阶垂弯和扭转频率的相对误差分别为2.19%和4.21%;碰撞过程中,两种模型车体的乘员安全性主要考核指标误差均小于10%;车体等效模型在碰撞仿真中的应用具有可行性和有效性,与原模型相比,单元数量减少38.91%,CPU计算耗时缩短27.63%。

关键词：车辆工程等效模型等效刚度中空型材碰撞参数优化

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弹性车轮等效刚度对车辆动力学性能的影响

中国铁道科学 2018年第3期39卷 63-70页

作者：杨阳丁军君李芾蒋宽西南交通大学机械工程学院四川成都610031 广州电力机车有限公司技术中心广东广州510850

基于橡胶件材料的Mooney-Rivlin本构模型建立压剪复合型弹性车轮有限元模型,分析橡胶件的材料参数、预压缩量及环境温度对弹性车轮等效刚度的影响。在弹性车轮传统模型基础上建立其6自由度复合动力学模型及整车动力学模型,研究弹性车轮... 详细信息

基于橡胶件材料的Mooney-Rivlin本构模型建立压剪复合型弹性车轮有限元模型,分析橡胶件的材料参数、预压缩量及环境温度对弹性车轮等效刚度的影响。在弹性车轮传统模型基础上建立其6自由度复合动力学模型及整车动力学模型,研究弹性车轮等效刚度对车辆动力学性能的影响。结果表明:弹性车轮等效刚度随材料参数、预压缩量及环境温度增加而增加,其中材料参数和预压缩量对等效刚度的影响较大,预压缩量由3.5mm增至5.5mm时每增加1mm其径向刚度分别增加48.26和65.11 MN·m^(-1),其他方向刚度也表现出同样的趋势;径向刚度主要影响轴箱垂向振动加速度和轮轨垂向力,这2个指标随径向刚度的增加而减小;轴向刚度与轮轨垂向力呈正相关,增加轴向刚度有利于提高曲线通过能力;偏转刚度对车辆动力学性能的影响与轴向刚度基本相似;各向等效刚度的变化对车辆平稳性的影响较小。

关键词：弹性车轮等效刚度有限元模型动力学模型 Mooney-Rivlin本构模型动力学指标

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基于能量法的紧固件轴向等效刚度研究及应用

计算机集成制造系统 2022年第9期28卷 2794-2804页

作者：刘晓雪张亚辉郭翰飞谢素明张有为大连交通大学机车车辆工程学院辽宁大连116028 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116021 大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028

针对紧固件在复杂组件中存在的建模问题,基于有限元的变形能提出了建立轴向等效刚度特性的研究方法,应用Python开发了适用于ABAQUS的紧固件结构参数化分析插件,并进行了相关参数对等效模型两种影响因素的研究。应用双重材料的试验方法,... 详细信息

针对紧固件在复杂组件中存在的建模问题,基于有限元的变形能提出了建立轴向等效刚度特性的研究方法,应用Python开发了适用于ABAQUS的紧固件结构参数化分析插件,并进行了相关参数对等效模型两种影响因素的研究。应用双重材料的试验方法,对上述研究进行了相应的验证,证明了等效模型的准确性。开发了基于不同参数研究结果的等效模型应用插件,并应用于某高速车车下吊装结构的分析中进行数值验证,为包含多个紧固结构的复杂组件建模分析提供了一种有效的研究的手段。

关键词：等效刚度有限元应变能紧固件 Python参数化建模参数拟合

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三维悬线式力矩器的等效刚度模型

清华大学学报（自然科学版） 2009年第2期49卷 210-213页

作者：张布卿马建设潘龙法程雪岷唐毅清华大学精密仪器与机械学系光盘国家工程研究中心北京100084 清华大学深圳研究生院光盘国家工程研究中心深圳分中心深圳518055

三维悬线式力矩器是高密度光学头系统中的核心组件,其等效平动刚度和转动刚度直接决定着光学头克服和补偿系统误差的能力。该文根据三维悬线式力矩器的悬浮支撑模型,依据外力作用下悬线的变形协调关系,利用卡氏最小功原理建立了三维悬... 详细信息

三维悬线式力矩器是高密度光学头系统中的核心组件,其等效平动刚度和转动刚度直接决定着光学头克服和补偿系统误差的能力。该文根据三维悬线式力矩器的悬浮支撑模型,依据外力作用下悬线的变形协调关系,利用卡氏最小功原理建立了三维悬线式力矩器在各个有效运动方向上的等效刚度模型。进而由等效刚度可计算出三维悬线式力矩器的固有频率。最后利用Doppler激光测振仪对实验样品进行固有频率测试,实验结果与理论结果相比,最大误差不超过8.5%。该等效刚度模型对力矩器可动部的设计具有重要的理论指导作用。

关键词：三维悬线式力矩器等效刚度光学头卡氏最小功原理

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采用等效刚度有限元模型的复合材料机翼颤振分析

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振动工程学报 2015年第3期28卷 404-410页

作者：欧阳星余雄庆王宇南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室江苏南京210016

采用等效刚度方法,研究了一种适用于复合材料机翼初步设计阶段的动力学和颤振分析的简化结构有限元模型。该方法首先计算不同布局形式的加筋壁板的刚度矩阵,然后将其赋予与加筋壁板平面形状相同的光板(等效板)上,使加筋壁板和等效板具... 详细信息

采用等效刚度方法,研究了一种适用于复合材料机翼初步设计阶段的动力学和颤振分析的简化结构有限元模型。该方法首先计算不同布局形式的加筋壁板的刚度矩阵,然后将其赋予与加筋壁板平面形状相同的光板(等效板)上,使加筋壁板和等效板具相同的力学性能。以某客机概念方案的机翼为例,建立了反映实际结构详细有限元及其等效刚度有限元模型。通过编程实现了自动化生成等效模型,极大地减少了建模和分析时间。计算结果和对比分析表明,两种模型的固有频率、振动模态和颤振分析结果吻合得很好,从而验证了等效刚度方法在机翼结构动力学和颤振分析方面的准确性。

关键词：机翼颤振复合材料有限元等效刚度

分段直波纹钢板等效刚度和弯曲行为的变分渐近分析

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建筑结构学报 2020年第7期41卷 164-172页

作者：罗丹钟轶峰李帛书邓兵重庆大学土木工程学院重庆400045 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学) 重庆400045

波纹钢板是工程中常使用的结构组件,分段直波纹板相较连续波纹板需在不连续点处引入新约束,增加了计算的复杂性。为此,基于变分渐近法推导了分段直波纹板的等效板模型。根据薄壳理论,利用单个波纹周期相对宏观变形特征长度很小的特点对... 详细信息

波纹钢板是工程中常使用的结构组件,分段直波纹板相较连续波纹板需在不连续点处引入新约束,增加了计算的复杂性。为此,基于变分渐近法推导了分段直波纹板的等效板模型。根据薄壳理论,利用单个波纹周期相对宏观变形特征长度很小的特点对应变能泛函进行渐近分析得到场变量的渐近展开,将其代入壳理论的控制微分方程中,通过求解系列对应于不同阶的微分方程组,得到与波纹结构之间的关系(完整的等效刚度)。通过梯形波纹钢板算例分析表明:构建模型可准确计算完整的等效刚度、不同几何参数下的全局位移和局部应力场;波纹钢板沿波纹方向和垂直波纹方向的拉伸刚度,与垂直波纹方向的弯曲刚度存在很大的差异(后者通常大于前者2~3个数量级),主要原因是垂直波纹方向的弯矩主要由沿板厚度分布的膜应力平衡,而沿波纹方向的拉伸位移主要是由波纹结构的弯曲而不是平面拉伸引起的;构建模型重构的应力分布与三维模型计算结果吻合较好,仅在板中点最大应力处由于等效关系存在一定偏差。

关键词：分段直波纹板变分渐近法等效板模型等效刚度重构关系

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X形柔性铰链等效刚度分析及结构特性研究

湖南大学学报（自然科学版） 2017年第8期44卷 63-69页

作者：邱丽芳王栋印思琪杨德斌北京科技大学机械工程学院北京100083

基于抗压双片段柔性铰链,设计了4片段X形柔性铰链,并对其结构特性进行了研究.X形柔性铰链中的主要变形片段为弯扭耦合片段,分别运用微分法和基于抗压双片段柔性铰链等效刚度算法分析了其弯扭耦合等效刚度,推导出了X形柔性铰链的等效刚... 详细信息

基于抗压双片段柔性铰链,设计了4片段X形柔性铰链,并对其结构特性进行了研究.X形柔性铰链中的主要变形片段为弯扭耦合片段,分别运用微分法和基于抗压双片段柔性铰链等效刚度算法分析了其弯扭耦合等效刚度,推导出了X形柔性铰链的等效刚度理论计算公式.设计了几组不同尺寸的X形柔性铰链实例,分别利用2种方法对这些实例进行了计算,并在ABAQUS软件中进行了仿真分析,3种分析方法结果表明了理论计算公式和仿真模型的正确性.最后,通过对不同尺寸的X形柔性铰链结构特性的分析,得到了铰链设计时应该尽量避免的结构参数范围.

关键词：柔性铰链弯扭耦合等效刚度微分法结构特性