基于弧形顶板模具结构的拼焊板回弹控制研究

运用弧形顶板模具结构回弹控制的原理对无凸缘U形件激光拼焊板弯曲回弹控制进行研究。考察补偿角、顶板力、凸模圆角半径及凸凹模间隙对激光拼焊板弯曲回弹的影响规律,与光板进行对比。试验表明,弧形顶板模具结构能有效控制激光拼焊板的回弹。     

纵向拼焊板V形自由弯曲及回弹模拟研究

运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA和ETA-DYNAFORM对纵向拼焊板的V形自由弯曲及其回弹过程进行了模拟分析.重点就纵向拼焊板V形自由弯曲的成形特点和影响回弹的主要因素进行了研究,通过分析可知,对纵向拼焊板V形件自由弯曲回弹影响较大的参数为拼焊板的凹模跨度、材料性能和厚度比,而模具的圆角半径、摩擦系数的影响较小.     

拼焊宽板V形自由弯曲回弹预测及试验验证

在平截面和平面弯曲等一系列假设条件下,建立拼焊宽板V形自由弯曲回弹的解析预测模型,所建立的回弹预测模型考虑差厚拼焊板截面几何的非对称性,确定差厚拼焊板在指数硬化规律下的应力中性层的位置。在自由弯曲卸载分析阶段,引入两母板间相互作用弯矩,基于单一母板求解拼焊板母板回弹后的弯曲角。采用Fortran语言编制计算程序,应用增量数值方法求解差厚拼焊宽板V形自由弯曲模型中行程与弯曲角和回弹后弯曲角的非线性隐式关系。将V形自由弯曲模具装至改造后的拉伸试验机的活动横梁上,在不同的凸模行程下,分别对两种料厚比(0.8/1和2.5/2)拼焊板进行V形自由弯曲试验,试验结果与拼焊板V形自由弯曲预测模型的计算结果较吻合,为拼焊板V形弯曲回弹实时控制技术研究奠定理论和试验基础。     

高强钢变模量随动强化本构模型匹配与解耦标定策略研究

高强钢通过微观组织调控获得高强度,但不同牌号高强钢微观的不均匀变形和微观诱导塑性机理不同,使得高强钢卸载及反向加载行为更加复杂,并且牌号间差异增大,为此给出模型自适应匹配及参数解耦匹配的系统化策略,实现了高强钢回弹精确预测。首先建立幂函数和指数函数混合硬化模型,基于混合模型给出自由弯曲加载的弯矩平衡方程和曲率约束方程,基于变模量模型构建截面弹性弯矩的积分方程,基于加载和卸载解析模型建立逆向识别卸载参数的子优化模型。确定变模量线性随动强化、变模量非线性随动强化模型和含边界面的变模量随动强化模型的匹配策略。基于自由弯曲、单向拉伸和拉压试验数据,确定相应本构的子优化模型参数的优化次序,最终形成本构匹配及其参数解耦标定的系统化策略,并基于Fortran语言开发标定程序库。建立U形弯曲件和弧形弯曲件预测模型,分别对DP980和DH980两种高强钢不同应变水平下的识别结果及回弹预测结果进行对比分析,验证了解耦标定策略不仅提高了不同牌号数据的相关度,而且大幅度提升了同一牌号下的模型精度和稳定性,为基于数据的材料性能统一自辨识方法研究奠定了基础。     

拼焊板V形自由弯曲回弹控制影响因素分析

在平截面和平面弯曲等假设条件下,建立了可适用于纵向拼焊板V形小曲率自由弯曲回弹的解析预测模型。在自由弯曲卸载阶段,该模型引入了两母板间相互作用的弯矩,基于单一母板求解了拼焊板回弹后的弯曲角。利用解析模型分析了不同工艺参数对拼焊板V形自由弯曲力和回弹后弯曲角度的影响规律,确定了影响拼焊板V形自由弯曲力和卸载后回弹角的主要影响因素。     

拼焊板V形自由弯曲精确回弹控制技术研究

在平截面和平面弯曲等假设条件下,建立拼焊板V形可适于小曲率自由弯曲回弹的解析预测模型,所建立的回弹预测模型将成形过程分段研究,即区分为贴模阶段和未贴模阶段。分别根据贴模态和未贴模态拼焊板弯矩分布特点,构建两种状态下的曲率分布方程。在自由弯曲卸载分析阶段,引入两母板间相互作用的弯矩,同时考虑弹性模量随塑性变形变化的影响,基于单一母板求解拼焊板母板回弹后的弯曲角。基于2D单应矩阵变换法实现拼焊板回弹后端面弯曲角的在线测量。针对板料中材料参数的波动性问题,基于正交表构建最佳行程预测的神经网络模型的训练样本。根据软硬件接口基于LabVIEW软件平台开发可在线学习的拼焊板V形自由弯曲回弹控制系统软件。设定目标回弹后弯曲角分别为140°和100°时,跟踪在线成形试验结果,成形第5周期最大点误差可分别达到1.42%和2.01%。     

凸模圆角半径对不同高强钢板弯曲回弹的影响

重点研究了凸模圆角半径对高强钢板回弹的影响。通过对厚度为5 mm的FB780和厚度为1 mm的DP780两种强度相似的材料进行V弯的有限元分析和试验研究,分析不同凸模圆角半径对高强度薄钢板以及高强度中厚钢板弯曲回弹的影响规律。研究结果表明:高强度中厚钢板和薄钢板一样,其弯曲回弹角随着凸模圆角半径的增大而增大,但是回弹角大小和方向不同;1mm厚的DP780的试验值和有限元分析值在回弹规律上取得了很好的吻合;对于5mm厚的FB780来说,其90°V弯试验后断面伴随着开裂,而1mm的DP780并没有开裂。     

基于GTN细观损伤模型的激光拼焊板成形极限预测

建立了从细观损伤角度预测拼焊板成形极限的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型,用有限元逆向法确定了损伤模型中的各损伤参数。采用有限元软件ABAQUS耦合基于Mises屈服准则的弹塑性GTN损伤模型,对拼焊板半球凸模胀形过程进行了数值模拟。设计了拼焊板半球凸模胀形物理试验,试验过程中通过改变试件的宽度得到了不同应变状态下完整的拼焊板成形极限图,并与GTN细观损伤模型预测到的拼焊板成形极限图进行对比分析,验证了GTN细观损伤模型预测拼焊板成形极限图的准确性。     

拼焊板弯曲回弹的理论与试验研究

在平断面假设、纯弯曲假设、拼焊板不考虑焊缝等一系列较为合理的假设条件下,推导了拼焊板弯曲回弹解析模型。推导考虑材料有指数硬化特性和中性层的移动及应力应变中性层的不重合性等问题,但没有考虑包辛格效应的影响和中性层的转动问题。针对这个弯曲回弹公式,编程计算差厚(1.6 mm/0.8 mm)拼焊板的回弹值,并采用75°V形自由弯曲试验进行了验证;对拼焊板的弯曲回弹进行了理论分析,提出了拼焊板相对弯曲半径的概念。     

差厚激光拼焊板的拉延切边回弹特性

采用数值模拟和试验的方法,对厚度组合为1.2 mm/0.8 mm的激光拼焊板进行拉延切边工艺分析,重点就压边力大小、摩擦因数、凹模圆角等参数对回弹的影响进行研究,测量各工艺参数下拼焊板拉延切边的凸凹模圆角处的回弹角、总的回弹角和侧壁曲率,还测量出拼焊板成形中的焊缝移动和应力分布情况和分析相互联系,并与拼焊板拉延弯曲回弹进行比较。分析认为,与拉延弯曲回弹相似,压边力、摩擦因数、凹模圆角等工艺参数对拼焊板拉延切边回弹有着明显的影响,而压边力是关键因素;拼焊板拉延切边回弹和拉弯回弹都与焊缝移动有密切的关系,控制焊缝移动将有利于回弹的降低;相比之下,拼焊板拉延切边回弹比拉弯回弹要小。     

基于D-H矩阵的球面5R并联机构误差建模及灵敏度分析

以D-H变换矩阵为建模工具,采用环路增量法,建立了包含杆件D-H参数的球面5R并联机构的误差模型,该模型不仅考虑了机构的结构参数误差,还考虑了由于加工和装配等原因出现的各转动副轴线和球心之间的偏差,使得误差模型更接近于工程实际;根据误差模型进一步计算得到了各从动件运动参数误差以及轴向间隙量的显式函数关系;最后对该机构进行灵敏度分析,研究了各几何误差源对该机构末端执行器位姿误差的影响程度。研究结果为该机构样机的标定、运动学补偿及应用提供了理论基础。      

一种球面冗余并联机器人机构设计的基础研究

提出了一种基于球面机构的二自由度驱动冗余并联机器人。建立了该球面并联机器人机构的约束方程，进行了运动学分析；建立了该球面并联机器人的设计空间，探讨了其机构的工作空间面积性能指标与杆件尺寸之间的关系，并绘制了相应的性能图谱。这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。     

Synthesis of branched chains with actuation redundancy for eliminating interior singularities of 3T1R parallel mechanisms

Although it is common to eliminate the singularity of parallel mechanism by adding the branched chain with actuation redundancy, there is no theory and method for the configuration synthesis of the branched chain with actuation redundancy in parallel mechanism. Branched chains with actuation redundancy are synthesized for eliminating interior singularity of 3-translational and 1- rotational(3T1R) parallel mechanisms. Guided by the discriminance method of hybrid screw group according to Grassmann line geometry, all the possibilities are listed for the occurrence of interior singularities in 3T1R parallel mechanism. Based on the linear relevance of screw system and the principles of eliminating parallel mechanism singularity with actuation redundancy, different types of branched chains with actuation redundancy are synthesized systematically to indicate the layout and the number of the branched chainsinterior with actuation redundancy. A general method is proposed for the configuration synthesis of the branched chains with actuation redundancy of the redundant parallel mechanism, and it builds a solid foundation for the subsequent performance optimization of the redundant actuation parallel mechanism.     

多能域过约束并联机器人系统动力学建模方法*

采用旋量键合图建立球面2-DOF过约束并联机器人机电两种能量并存系统动力学模型,该方法相对传统力学原理动力学建模方法的优点是建模过程规则化,能够得到适合于现代控制理论的空间并联机构状态方程。所建动力学模型只有36个方程,但由于被动过约束(公共约束和冗余约束)和主动过约束(冗余驱动)的存在,共有43个未知量需要求解。为此,针对被动过约束问题,分析三个分支变形引起末端相对于球心O的位移量,增加了6个变形协调补充方程;针对主动过约束问题,提出了采用输入力优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的多能域系统动力学全解模型。通过数值算例,验证了该方法的可行性和合理性。该方法可以推广到其他包含机、电、液、气的多能域过约束并联机器人系统,为该类多能域机器人系统动力学建模分析提供了一种新的思路。     

Design of mechanical presses driven by multi-servomotor

This paper proposes a so-called multi-servomotor parallel driven scheme to construct high capacity mechanical presses. The design method is based on the combination of dual screw actuation unit, parallel mechanism with kinematic redundancy (PMKR) and toggle mechanism with symmetric arrangement. Here, the dual screw actuation unit, which consists of two ball screws driven by two servomotors respectively, acts as a linear actuator. By connection with PMKR, several actuators are incorporated to generate large driving force to push the ram of press via toggle mechanism. To get more power from more linear actuation units, three kinds of 2-, 3-, 6-degree of freedom (DoF) PMKRs with linear actuators are proposed. A 2-DoF PMKR example is studied, and its load capability and accuracy performance are illustrated. Finally, three schematics of 4-, 6- and 12-servomotor mechanical presses are presented. These schemes demonstrate the feasibility of the design method to develop high capacity mechanical presses driven by multi-servomotor.     

一种平面冗余驱动并联机器人的优化设计

以一种平面2自由度冗余驱动并联机器人为研究对象,在已有文献对机构的空间模型、运动学方程、工作空间和运动学性能指标分析的基础上,提出了全域性能指标和局域性能指标的概念,讨论了各种局域性能指标之间的关系,并结合运动学性能指标,在各种性能指标综合最优的基础上进行了机构尺寸参数优化设计,优化出尺寸参数范围,并选取典型尺寸设计实际机器人机构;再利用实际机器人机构的各项全域性能指标值和局域性能指标在可达工作空间内的分布,首次提出了组装构型优化概念,在反解多的机器人机构设计中选择最佳反解组装构型.     

消除内部奇异的三平移并联机构冗余驱动支链的综合

对三平移并联机构(3T并联机构),提出一种冗余驱动支链的综合方法。采用螺旋理论,分析出3T并联机构发生内部奇异的所有可能情况;根据螺旋系线性相关性和并联机构不发生奇异的条件,系统综合出能消除3T并联机构内部奇异的冗余驱动支链类型,并针对不同的支链约束螺旋系和自由度,分别给出相应的冗余驱动支链位置和条数;利用该方法对消除3-RRUR内部奇异的冗余支链进行综合。研究结果表明,该方法简单、有效并可消除3T并联机构内部奇异。     

球面2-DOF冗余驱动并联机器人静力学全解

以球面2-DOF冗余驱动并联机器人为研究对象,在考虑构件弹性的情况下,采用传统的拆杆法建立机构的静力学平衡方程,利用积分法求出各杆件变形,再运用小变形叠加原理建立机构的变形补充协调方程,共得到42个方程,但该机构为冗余机构,共有43个未知数,为此采用输入力优化方法,得到该机构静力学全解。通过数值算例,绘制输出轴在外载荷作用下沿给定轨迹的受力图。研究为该机构在工程中的结构设计与应用提供了静力学理论基础。     

基于PMAC运动学的并联机构力控制研究

对于冗余并联机构,由于位置误差的存在,如果只控制关节位置可能在系统内部产生较大内力,甚至破坏系统结构。而构建力控制系统往往需要修改整个控制系统。通过对PMAC运动控制器计算机理的深入分析研究,提出了一种简便的力控制的实现方法。首先分析了力控制的机理,然后研究了力控制的正反解实现的方法,最后给出了力控制实现的实例。结果表明,该方法可以方便的实现力控制系统的构建和修改。该研究为并联机构的力控制提供了一种新方法。     

活套起套动作的仿真分析及改进

利用MATLAB/Simulink中的SimMechaics模块集建立了活套起套辊的机械模型,基于节点法建模思想,采用Simulink建立了活套起套辊气动系统模型,根据气动、机械系统的参数关联关系将两个系统模型有机集成起来,得到完整的活套起套辊的机构仿真模型,并给出了仿真结果,根据仿真结果对活套起套辊的气动回路进行了改进,取得了较好效果,对棒材轧机的立式活套器的改进具有借鉴意义。