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热塑性复合材料-金属胶铆混合接头刚度预测模型

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：张红哲贾煜鑫鲍永杰杨宇星大连理工大学工程训练中心大连海事大学轮机工程学院

鉴于汽车轻量化设计中碳纤维增强热塑性复合材料-金属胶铆混合连接部件的刚度对车辆静态结构稳定性至关重要，本文提出了一种基于弹簧-质量理论的碳纤维增强热塑性复合材料-金属胶铆混合连接接头承载刚度预测模型，以深化对混合连接结... 详细信息

鉴于汽车轻量化设计中碳纤维增强热塑性复合材料-金属胶铆混合连接部件的刚度对车辆静态结构稳定性至关重要，本文提出了一种基于弹簧-质量理论的碳纤维增强热塑性复合材料-金属胶铆混合连接接头承载刚度预测模型，以深化对混合连接结构刚度的分析。通过准静态拉伸实验对该弹簧-质量模型进行了验证。基于所提出的弹簧-质量模型，探讨了胶层厚度、搭接长度、铆钉孔直径对接头结构刚度的影响。主要结论有：1）随着胶层厚度增加，接头整体刚度和胶层剪切刚度降低，每增加0.01 mm，胶层剪切刚度平均降低约1.94%；2）增加搭接长度能提升接头整体刚度和胶层剪切刚度，但会在数值上显著降低金属基板的刚度；3）随着铆钉孔直径的增加，接头整体刚度和铆钉刚度增加，但是会降低胶层剪切刚度，影响接头连接性能。

关键词：车辆工程碳纤维增强热塑性复合材料弹簧-质量模型胶铆混合连接接头刚度预测

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基于多输出回归的动力总成悬置系统刚度预测

机械设计与制造 2022年第11期 228-232,238页

作者：赵丹丹杨明亮丁渭平吴昱东西南交通大学机械工程学院四川成都610031 先进驱动节能技术教育部工程研究中心四川成都610031

为能够精确、高效预测汽车动力总成悬置系统刚度从而避免通过反复调校匹配的过程,以某型横置式发动机四点悬置系统为研究对象,提出基于多输出回归算法直接预测动力总成悬置系统刚度的方法并验证了方法的有效性。首先,分别建立了MRTs,MLP... 详细信息

为能够精确、高效预测汽车动力总成悬置系统刚度从而避免通过反复调校匹配的过程,以某型横置式发动机四点悬置系统为研究对象,提出基于多输出回归算法直接预测动力总成悬置系统刚度的方法并验证了方法的有效性。首先,分别建立了MRTs,MLPR,Multi-SVR三种多输出回归刚度预测模型;随后,以数理型(RMSE、R^(2))和工程型(解耦率、隔振率)评价指标相结合进行了横向比较进而得出MRTs模型用于直接预测动力总成悬置刚度的综合性能最高的结论;最后,纵向对比了多输出回归算法和遗传算法对悬置系统刚度优化结果及工程效果,结论表明:两种算法都能较好满足动力总成悬置系统解耦率控制要求,但多输出回归算法使得悬置系统加权支反力收敛速度更快,同时运算效率显著提高。

关键词：多输出神经网络支持向量机回归决策树回归动力总成悬置系统刚度预测

基于细观结构的径向轴纱三维五向圆形编织复合材料的刚度预测

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现代纺织技术 2024年第2期32卷 83-95页

作者：陈波张昇雨杨兴林张俊苗江苏科技大学能源与动力学院江苏镇江212100

在细观尺度下,根据1种径向轴纱的三维五向圆形编织纱线的空间结构,考虑纱线相互挤压后的截面形状,通过引入圆形单胞的周期性边界条件,建立了包含上、下表面子单胞以及内部单胞的三维五向圆形编织复合材料单胞模型。基于该单胞模型,采用... 详细信息

在细观尺度下,根据1种径向轴纱的三维五向圆形编织纱线的空间结构,考虑纱线相互挤压后的截面形状,通过引入圆形单胞的周期性边界条件,建立了包含上、下表面子单胞以及内部单胞的三维五向圆形编织复合材料单胞模型。基于该单胞模型,采用刚度体积平均法,建立了三维五向圆形编织复合材料的刚度预测模型,对花节长度分别为0.6、0.7、0.8 mm的三维五向圆形编织复合材料进行刚度预测,并与复合材料力学刚度理论计算方法所得结果进行了对比。结果表明:3种花节的纤维体积分数分别为24.94%、23.33%、22.04%,纤维体积分数、编织角与花节长度呈负相关;单胞模型的弹性模量预测结果分别为16.42、15.63、14.83 GPa,理论计算结果分别为16.96、16.25、15.34 GPa,纵向刚度与花节长度负相关;单胞几何模型考虑了复合材料成型后纱线的相互挤压,使得单胞模型中的纤维体积含量略小于理论计算方法,造成理论计算结果略大于单胞预测结果。研究结果能够有效提高三维五向圆形编织复合材料刚度预测精度,扩展了细观单胞法的应用领域,为今后三维五向圆形编织复合材料的应用提供必要的理论依据。

关键词：三维五向编织圆形编织三单胞法刚度体积平均法复合材料刚度预测

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强化复合地板刚度预测

浙江林学院学报 2010年第5期27卷 646-650页

作者：王志强季雪平卢晓宁朱林南京林业大学木材工业学院江苏南京210037 常州市泰诺化工材料有限公司江苏常州213022 四川升达林业产业股份有限公司温江人造板分公司四川成都611130

应用复合材料经典层合板理论,分析了强化复合地板刚度计算,并使用电阻应变片测得试件在受轴向拉伸或纯弯曲载荷时,其上、下表面的应变εx和εy,从而对柔度系数的实验值和预测值,正则化柔度系数与弹性常数进行了验证。结果表明,预测值与... 详细信息

应用复合材料经典层合板理论,分析了强化复合地板刚度计算,并使用电阻应变片测得试件在受轴向拉伸或纯弯曲载荷时,其上、下表面的应变εx和εy,从而对柔度系数的实验值和预测值,正则化柔度系数与弹性常数进行了验证。结果表明,预测值与实验值相对误差较小,建立的强化复合地板刚度计算模型能较好地符合实际情况。

关键词：林业工程经典层合板理论刚度预测强化复合地板

混编碳纤维与碳化硅纤维增强SiC基复合材料的制备及刚度预测

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混编碳纤维与碳化硅纤维增强SiC基复合材料的制备及刚度预测

作者：喻雄国防科学技术大学

学位级别：硕士

连续纤维增强SiC基复合材料具有较高的比强度和比模量、低密度等特性,同时拥有耐高温、抗氧化等优异性能,已广泛应用于航空航天、汽车及核工业等领域。混杂纤维复合材料不仅保留着单种纤维增强复合材料的优点,更具有单种纤维增强复合材... 详细信息

连续纤维增强SiC基复合材料具有较高的比强度和比模量、低密度等特性,同时拥有耐高温、抗氧化等优异性能,已广泛应用于航空航天、汽车及核工业等领域。混杂纤维复合材料不仅保留着单种纤维增强复合材料的优点,更具有单种纤维增强复合材料不能实现的效果,在力学性能、摩擦性能、热性能等方面展示出独特性。但是,混杂纤维复合材料在陶瓷基复合材料中的研究和应用鲜有报道。本文开展了2D混编碳纤维和碳化硅纤维增强SiC基复合材料刚度预测;制备层间混编碳纤维和碳化硅纤维增强SiC基复合材料,对所制备的混编复合材料拉伸性能和弯曲性能进行了测试表征及分析;且制备纯SiC基体,测量其工程常数应用于复合材料刚度计算;最后,对比其拉伸模量的计算值和实验值。通过采用蛋白发泡工艺制备SiC基体骨架,以低分子液态聚碳硅烷(LPVCS)为先驱体,采用PIP工艺制备与复合材料中基体类似的纯SiC基体。采用压汞法对制备过程中SiC基体的密度、孔隙率和孔隙分布进行分析,SiC基体的最终密度为2.6g/cm3,孔隙率为23.6%。采用弯曲共振法测量SiC基体工程常数,SiC基体的杨氏模量为36.6GPa,剪切模量为6.1GPa,泊松比为1.9。对2D混编预制件的混编方式进行设计,提出合理的混编复合材料单胞模型;根据不同的单胞模型,对单胞内纤维的空间形状进行分析;考虑陶瓷基复合材料界面层对其力学性能的影响,运用平均刚度法对混编复合材料刚度进行预测。通过所制备的混编复合材料拉伸模量预测值和实验值的对比发现,例如,碳纤维与碳化硅纤维层数比为1:5时,模量计算值和预测值分别为47.5MPa和40.4MPa,在误差和实验可能存在的原因内预测模型较为合理。通过混编复合材料的弯曲和拉伸性能进行测试表征发现,碳纤维与碳化硅纤维层数比为1:5的混编复合材料弯曲和拉伸强度分别为572.1MPa和111.1MPa,SiC/SiC复合材料的弯曲和拉伸强度分别为512.6MPa和102.9MPa,说明少量碳纤维的加入使SiC/SiC复合材料的强度得到了提高。观察复合材料应力-应变曲线发现,混编复合材料在断裂过程中出现多次断裂。

关键词： SiC基复合材料混编纤维复合材料 SiC基体工程常数单胞模型刚度预测拉伸性能弯曲性能

基于sEMG的人体臂手刚度预测及仿人手变阻抗控制研究

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基于sEMG的人体臂手刚度预测及仿人手变阻抗控制研究

作者：王晨亮哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着人机共融、人机协作时代的到来,机器人在人的帮助下完成更具实际意义的任务已成为国内外研究热点。本文在“973”项目“操作感知一体化灵巧假肢设计制造与性能评估”的支持下,就获取和应用人体的运动力学特性与刚度特性展开了研究... 详细信息

随着人机共融、人机协作时代的到来,机器人在人的帮助下完成更具实际意义的任务已成为国内外研究热点。本文在“973”项目“操作感知一体化灵巧假肢设计制造与性能评估”的支持下,就获取和应用人体的运动力学特性与刚度特性展开了研究。其中,复杂且柔顺的人体臂手系统因其具有灵巧性高、鲁棒性强、安全性好的特点成为本文研究主体。人体表面肌电(surface electromyography,s EMG)信号因其内含丰富的信息成为本文的主要应用工具。首先,研究了人体臂手刚度的计算与预测方法。探究了关节在神经角度的运动控制原理,表明了通过肌电信号预测臂手刚度的合理性;分析了对臂手末端动态特性有影响的肌肉分布,确定了s EMG信号的采集位置;结合s EMG信号的不同特征建立了基于s EMG的臂手末端力预测、刚度预测的数学模型,其中,采用了BLR和GEP两种类型的回归模型来建立s EMG信号与刚度的映射关系。其次,搭建了基于多模态传感信息的实验系统,对基于s EMG的刚度预测展开了实验分析。实验系统的建立包括硬件连接结构设计和软件程序编写,能够同时采集力、位移和s EMG三种信号;建立了s EMG信号的不同特征与力的线性映射关系,根据均方根误差和相关系数等指标比较了各个特征的预测精度;提取出优势特征后分别建立了人体上肢末端和食指末端刚度与s EMG的线性和非线性映射关系,并对这两种不同类型的映射关系进行了分析比较,讨论了其各自的优缺点。然后,提出了两种应用于不同操作场景的仿人手变阻抗控制策略。以基于位置的关节阻抗控制策略为基础进行分析并开展了仿真实验;根据人手神经运动控制机制提出了自适应仿人手变阻抗控制策略,针对关节独立性的影响设计了依赖因子修正了阻抗更新律,并进行了仿真分析,其可用于仿生设备与环境的柔性交互中;为应用于人机协作、人机功能传递等实时场景中,结合肌电信号设计了基于s EMG刚度预测的仿人手变阻抗控制策略。最后,搭建了仿人多指灵巧手实验平台,对不同的变阻抗控制策略进行了实验研究。在具有不同刚度的障碍物下设计了灵巧手小指运动控制实验,分析了不同阻抗系数下各运动参数的变化特性;提出了以累计误差和耗能为比较因素的评价指标,比较结果验证了所提控制策略的有效性。

关键词：肌电信号刚度预测仿人手变阻抗控制

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提升机盘式制动器碟簧刚度测量与预测研究

矿山机械 2021年第10期49卷 22-25页

作者：胡成名中煤科工集团武汉设计研究院有限公司湖北武汉430064

介绍了近年来国内关于碟簧刚度的相关研究,提出了通过测得闸瓦最大油压、开闸油压和闸瓦间隙进而得到碟簧刚度的测量方法。根据碟形弹簧的特点,采用灰色理论预测法对其刚度进行预测,以数列预测模型 GM(1,1) 为指导,建立了碟形弹簧的刚... 详细信息

介绍了近年来国内关于碟簧刚度的相关研究,提出了通过测得闸瓦最大油压、开闸油压和闸瓦间隙进而得到碟簧刚度的测量方法。根据碟形弹簧的特点,采用灰色理论预测法对其刚度进行预测,以数列预测模型 GM(1,1) 为指导,建立了碟形弹簧的刚度预测模型,并利用后验差法对模型的预测精度进行了分析。结果表明,采用 GM(1,1) 模型对碟形弹簧进行刚度预测的精度高,效果好。

关键词：碟形弹簧灰色理论数列预测模型弹簧刚度刚度预测

五枚缎纹2.5D编织复合材料的刚度和强度模型研究

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五枚缎纹2.5D编织复合材料的刚度和强度模型研究

作者：屠悦南京航空航天大学

学位级别：硕士

缎纹编织复合材料是一种先进复合材料,而2.5维缎纹编织复合材料具有比强度高、层间性能好、可设计空间大、制造周期短等优势,未来可作为航空结构件。但是目前针对该材料力学性能的研究较少,尤其是考虑温度对其拉压性能的影响少有记录。... 详细信息

缎纹编织复合材料是一种先进复合材料,而2.5维缎纹编织复合材料具有比强度高、层间性能好、可设计空间大、制造周期短等优势,未来可作为航空结构件。但是目前针对该材料力学性能的研究较少,尤其是考虑温度对其拉压性能的影响少有记录。因此,本文针对五枚缎纹2.5维编织复合材料进行了以下研究:(1)开展了五枚缎纹2.5维编织复合材料在不同温度下的静力学试验研究。对拉伸和压缩试验件分别进行了23℃、150℃和223℃温度下的经、纬向静载试验,获得相应的应力-应变曲线,总结出温度对其力学性能的影响规律,为刚度和强度预测模型的验证提供数据基础。(2)开展了五枚缎纹2.5维编织复合材料几何模型与刚度模型的研究工作。基于对材料内部细观结构的观测,建立了全胞体几何模型。在此基础上,施加合适的周期性边界条件,建立了考虑温度的刚度预测模型。对23℃、150℃和223℃温度下的经、纬向拉伸与压缩刚度进行理论预测,与试验结果对比,验证预测模型的有效性。分析不同温度与载荷条件下胞体的应力分布,推测可能最先发生损伤的位置。(3)建立了考虑温度的五枚缎纹2.5维编织复合材料强度预测模型。在本文刚度模型的基础上,引入Mises准则和三维Hashin准则分别作为基体和纤维束的失效准则,给出了刚度退化方案以及平板件最终失效判定准则,构建出强度预测模型。进行了三种温度下的经、纬向拉伸与压缩强度的预测与试验验证。基于该模型的预测与试验件实际断口,分析该材料在对应温度和加载下的损伤破坏规律。

关键词： 2.5维编织复合材料缎纹结构温度刚度预测强度预测有限元分析

2.5维机织复合材料TCM细观分胞模型研究

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机械设计与制造 2024年第12期406卷 173-177页

作者：刘浩龙温卫东崔海涛张宏建上海飞机设计研究院上海201210 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

从真实反映制造工艺对2.5维机织复合材料厚度方向上纱线束截面尺寸的影响出发,在传统二元分胞模型基础上提出了一种新的胞体—过渡胞,进而在细观尺度上建立了2.5维机织复合材料三胞体模型(TCM)。该模型反映了不同厚度位置经纱几何参数... 详细信息

从真实反映制造工艺对2.5维机织复合材料厚度方向上纱线束截面尺寸的影响出发,在传统二元分胞模型基础上提出了一种新的胞体—过渡胞,进而在细观尺度上建立了2.5维机织复合材料三胞体模型(TCM)。该模型反映了不同厚度位置经纱几何参数的差异,弥补了传统分胞方法的不足。基于TCM和刚度体积平均方法预测了几种典型2.5维机织复合材料包括弹性模量在内的力学性能,并与实验结果进行了对比。分析结果表明,基于TCM的预测结果相比传统模型预测精度更高;另外,经向弹性模量在厚度方向上呈现“马鞍”形分布;对10-6w材料,过渡单胞和内层单胞的经向弹性模量相差约6%,而传统分胞方法无法准确反映材料表层/次外层和内层材料结构及力学性能的差异。

关键词： 2.5维机织复合材料单胞划分方法三胞体模型刚度预测