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组合机床与自动化加工技术 2019年第5期 19-22,26页

作者：陈继文陈清朋胡秀龙郑忠才杨红娟山东建筑大学机电工程学院济南250101 山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101

以码垛机器人小臂为研究对象,对其进行轻量化结构设计。首先,利用ANSYS Workbench对其进行静力分析和模态分析,得到机器人小臂在最危险工况下的静、动态特性;在此基础上,基于变密度优化方法进行结构拓扑优化,利用Rhino Grasshopper,设... 详细信息

以码垛机器人小臂为研究对象,对其进行轻量化结构设计。首先,利用ANSYS Workbench对其进行静力分析和模态分析,得到机器人小臂在最危险工况下的静、动态特性;在此基础上,基于变密度优化方法进行结构拓扑优化,利用Rhino Grasshopper,设计了一种内部填充蜂窝骨架的小臂模型;根据设计后的模型结合经验法,对小臂原模型进行了模型的优化重构,并对优化后的模型进行了强度验证,在满足力学性能的条件下,重量减轻了48.048kg,达到了轻量化的目的。并通过增材制造对机器人小臂模型进行打印,证明了设计方案的可行性,为码垛机器人的设计和加工提供了理论依据。

关键词：机器人小臂拓扑优化增材制造蜂窝骨架

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金属蜂窝增强陶瓷复合装甲抗侵彻性能研究

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弹箭与制导学报 2019年第2期39卷 92-96页

作者：徐国军张俊郑兴伟曹守启蔡正祥上海海洋大学工程学院

为了提高传统层叠金属陶瓷复合装甲的抗侵彻性能,设计了一种由金属蜂窝骨架、陶瓷、金属板及环氧树脂胶结剂所组成的新型复合装甲结构。通过数值模拟研究钢质弹丸正侵彻和斜侵彻该型复合靶板时的抗侵彻性能,并与层叠金属陶瓷复合靶板进... 详细信息

为了提高传统层叠金属陶瓷复合装甲的抗侵彻性能,设计了一种由金属蜂窝骨架、陶瓷、金属板及环氧树脂胶结剂所组成的新型复合装甲结构。通过数值模拟研究钢质弹丸正侵彻和斜侵彻该型复合靶板时的抗侵彻性能,并与层叠金属陶瓷复合靶板进行对比分析。结果表明:金属蜂窝骨架吸收了弹丸大量能量,同时配合环氧树脂胶结剂对陶瓷进行约束,大幅度提高了复合装甲的抗侵彻性能;与层叠金属陶瓷复合靶板相比,金属蜂窝陶瓷复合靶板具有更优异的抗斜侵彻能力。

关键词：蜂窝骨架金属陶瓷装甲抗侵彻性能冲击动力学

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点阵金属陶瓷复合材料抗侵彻性能研究

点阵金属陶瓷复合材料抗侵彻性能研究

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作者：徐国军上海海洋大学

学位级别：硕士

为了提高传统层叠金属陶瓷复合材料的抗侵彻性能,设计了一种由点阵金属骨架、陶瓷、金属板及环氧树脂胶结剂所组成的新型复合材料。通过数值模拟研究了7.62mm钢质弹丸侵彻该型复合材料时的抗侵彻性能,分析了复合材料各子结构的吸能表现... 详细信息

为了提高传统层叠金属陶瓷复合材料的抗侵彻性能,设计了一种由点阵金属骨架、陶瓷、金属板及环氧树脂胶结剂所组成的新型复合材料。通过数值模拟研究了7.62mm钢质弹丸侵彻该型复合材料时的抗侵彻性能,分析了复合材料各子结构的吸能表现、破坏形式以及弹丸的速度和加速度等变化规律,并与层叠金属陶瓷复合材料在相同侵彻条件下的抗侵彻性能进行了对比分析。通过研究本文可以得到如下结论:(1)应用ANSYS/LS-DYNA软件对弹丸侵彻三类金属陶瓷复合靶板(层叠金属陶瓷复合靶板、金属蜂窝陶瓷复合靶板和金字塔金属陶瓷复合靶板)的过程进行数值模拟研究,分析弹丸侵彻三类复合靶板过程中弹靶的Mises应力云图,可以得到弹靶有限元模型的变形和断裂情况,从而揭示了靶板的破坏机理和弹丸的墩粗变形;弹丸作用陶瓷并在陶瓷表面形成微裂纹,随着微裂纹变粗、变长和变多,微裂纹逐渐连接在一起,陶瓷发生破碎;点阵金属骨架(金字塔型金属骨架和蜂窝型金属骨架)能吸收弹丸大量能量,同时在弹丸侵彻靶板过程中与环氧树脂胶结剂共同作用陶瓷,从而达到了约束陶瓷飞溅的作用,大幅度提高了金属陶瓷复合靶板的抗侵彻性能;弹丸侵彻背板之前速度已经降低,更重要的是弹丸头部已经墩粗,相比面板,弹丸作用背板的时间更长,背板的变形更大,因此背板吸收的弹丸能量多于面板吸收的弹丸能量。(2)金属陶瓷复合靶板对弹丸的作用力先快速增强,然后急剧降低,此后偶尔有几段上升,但整体趋势是减少;陶瓷破碎后,金属陶瓷复合靶板对弹丸的作用力急剧下降,说明金属陶瓷复合靶板中对弹丸墩粗起主要作用的是陶瓷;垂直侵彻条件下,金属蜂窝陶瓷复合靶板的抗侵彻性能最强,层叠金属陶瓷复合靶板的抗侵彻性能最弱,而金字塔金属陶瓷复合靶板的抗侵彻性能介于金属蜂窝陶瓷复合靶板与层叠金属陶瓷复合靶板之间。(3)侵彻角度的减少,弹丸贯穿金属陶瓷复合靶板的相对厚度有所增加,使得弹丸贯穿靶板后的剩余速度减少,复合靶板的抗侵彻效果增强;相比层叠金属陶瓷复合靶板,点阵金属陶瓷复合靶板的抗侵彻效果对侵彻角度更加敏感,使得点阵金属陶瓷复合靶板具有更加优异的抗斜侵彻性能,但金属蜂窝陶瓷复合靶板吸收的能量大于金字塔金属陶瓷复合靶板,说明金属蜂窝陶瓷复合靶板抗斜侵彻性能最强,其次是金字塔金属陶瓷复合靶板,而层叠金属陶瓷复合靶板的抗斜侵彻性能最弱;弹丸的侵彻速度对靶板抗侵彻效果的影响是通过形成陶瓷锥大小来决定。(4)通过对比不同弹头侵彻金属陶瓷复合靶板,可以得出锥形圆柱弹的侵彻性能最强,平头圆柱弹的侵彻性能最弱,而圆头圆柱弹的侵彻性能介于锥形圆柱弹与平头圆柱弹之间,因此在设计金属陶瓷复合靶板的时候可以提高面板的硬度和强度,达到墩粗弹丸的作用效果,从而提升复合靶板的抗侵彻性能。(5)弹丸侵彻靶板过程中,面板的作用是墩粗和约束陶瓷的破碎,背板是支撑陶瓷并显著提高复合靶板的抗侵彻性能。因此在金属板厚度保持不变的条件下,面板和背板存在最优的厚度比,使得复合靶板的抗侵彻性能最强。

关键词：蜂窝骨架金属陶瓷复合材料抗侵彻性能冲击动力学

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基于纳米流控系统的封隔器胶筒力学性能研究

基于纳米流控系统的封隔器胶筒力学性能研究

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作者：祁珊珊西安石油大学

学位级别：硕士

胶筒是封隔器的主要密封元件。在油气田完井、注水以及压裂等工艺过程中,封隔器胶筒失效问题时有发生,且我国高温高压封隔器胶筒主要依赖国外进口。本文提出一种基于纳米流控系统的封隔器胶筒,将纳米流控系统用蜂窝状骨架结构包覆形成... 详细信息

胶筒是封隔器的主要密封元件。在油气田完井、注水以及压裂等工艺过程中,封隔器胶筒失效问题时有发生,且我国高温高压封隔器胶筒主要依赖国外进口。本文提出一种基于纳米流控系统的封隔器胶筒,将纳米流控系统用蜂窝状骨架结构包覆形成新型胶筒材料,利用纳米流控系统独特的温变、压变特性,提高胶筒力学性能,研究具有耦合纳米流控系统特殊压力-体积特性的封隔器胶筒的力学性能。选择MCM-41型分子筛-水系统和β型沸石-水系统作为新型封隔器胶筒材料的填充配方,在所搭建的纳米流控系统实验台上,测试了所选取两种系统的压力-体积特性,得到了不同加载速率对纳米流控系统渗透压、有效孔体积及功能流体相对流出率的影响规律。运用ANSYS Workbench有限元分析软件静力学模块对包覆纳米流控系统的蜂窝骨架结构进行了力学性能研究,得到了蜂窝单胞径长壁厚比、高度的改变对蜂窝结构力学的影响规律,并给出了蜂窝结构的最佳尺寸参数建议。针对封隔器胶筒的坐封工况,对耦合纳米流控特性的封隔器胶筒及传统材料封隔器胶筒进行了有限元模拟分析,初步查明了坐封载荷与两种材料封隔器胶筒压缩距及接触应力之间的关系。实验研究表明,MCM-41型分子筛-水系统和β型沸石-水系统均可作为新型封隔器胶筒填充配方使用,MCM-41型分子筛-水系统的压力阈值为22 MPa,β型沸石-水系统的压力阈值为25 MPa。当外部压力在0～70 MPa、加载速率在0.3～1.0 mm/s范围内变化时,随着加载速率的提升,流体分子进孔时间变短,渗透压升高,相对流出率增大。根据蜂窝骨架结构数值模拟研究结果,优选出单胞元及多胞元蜂窝骨架结构的径长为4 mm,径长壁厚比为3,高度为10 mm。对封隔器胶筒数值模拟研究表明,相同坐封载荷下,耦合纳米流控特性胶筒的压缩距小于传统材料胶筒的压缩距,其与套管的接触长度相对较长,密封性能更好;耦合纳米流控特性的胶筒与套管间的接触应力均大于传统材料压缩式胶筒与套管间的接触应力。因此,耦合纳米流控特性的封隔器胶筒具有良好的密封性能,可减小油套环空密封失效风险。

关键词：封隔器胶筒纳米流控系统蜂窝骨架力学性能密封性

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