Topology optimization of flexure hinges with a prescribed compliance matrix based on the adaptive spring model and stress constraint

This paper focuses on the configuration design of flexure hinges with a prescribed compliance matrix and preset rotational center position. A new method for the topology optimization of flexure hinges is proposed based on the adaptive spring model and stress constraint. The hinge optimization model is formulated by maximizing the bending displacement with a spring while optimizing the compliance matrix to a prescribed value. To avoid numerical instability, an artificial spring is used as an auxiliary calculation, and a new strategy is developed for adaptively adjusting the spring stiffness according to the prescribed compliance matrix. The maximum stress of flexure hinge is limited by using a normalized P-norm of the effective von Mises stress, and a position constraint of rotational center is proposed to predetermine the position of the rotational center. In addition, to reduce the error of the stress measurement, a simple but effective filtering method is presented to obtain a complete black-and-white design. Numerical examples are used to verify the proposed method. Topology results show that the obtained flexure hinges have the prescribed compliance matrix and preset rotational center position while also meeting the stress requirements.     

径向弹簧蓄能密封结构最大接触应力的有限元分析

为研究径向弹簧蓄能密封结构的密封特性，针对典型径向弹簧蓄能密封结构，分析其密封机制以及O形弯曲金属螺旋弹簧的弹性特性；采用ANSYS有限元分析软件，建立典型弹簧蓄能密封结构的非线性有限元分析模型，对弹簧蓄能密封圈在不同压缩率、不同介质压力下的接触应力进行分析，研究在多种工况下最大接触应力的变化情况。结果表明：压缩率保持不变时，最大接触应力随着介质压力的增大而增大；介质压力保持不变时，随着压缩率的增大，最大接触应力先增大再减小。对压缩率、介质压力与最大接触应力的关系进行曲线拟合，可用于指导弹簧蓄能密封结构的精确设计。     

开孔三维编织复合材料的压缩性能

为研究机械开孔对三维编织复合材料压缩性能的影响,测试了2种三维编织复合材料试验件的压缩性能。1种为基本编织(100%编织纱)结构,另1种为含有编织纱/轴向纱(58/42)的结构,试验件编织角约为±12°。根据相关标准要求,分别进行有开孔和无开孔的复合材料试验件准静态压缩试验,并与层合板的压缩性能进行对比。研究结果表明:2种三维编织结构无缺陷材料的压缩强度较为接近,但引入开孔后,无增强纱结构可保留更高比列的压缩强度;引入开孔后,2种三维编织复合材料保留的压缩强度均高于层合板;在失效形式上,2种三维编织复合材料的宏观失效形式较为相似,均为剪切失效,表现出横向断裂且无分层现象。     

多晶硅生产中残液搅拌罐密封结构的改造

在处理多晶硅生产中产生的残液时,残液搅拌罐填料密封出现泄漏,针对此问题提出了优化措施,达到了预期效果。     

55SiCr弹簧钢中的残留奥氏体与碳化物

通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、热膨胀仪、洛氏硬度计等手段研究了弹簧钢55SiCr的组织和相变点以及残留奥氏体和碳化物在热处理过程中的组织演变。结果表明:55SiCr弹簧钢淬火后残留奥氏体以块状分布在基体上;随回火温度的升高,残留奥氏体减少并呈粒状和薄膜状分布;C在残留奥氏体中富集,使其稳定性增强;Si抑制了碳化物的析出,提高了残留奥氏体的稳定性。低温回火时,Si延缓了渗碳体析出;高温回火时,C原子扩散速率提高,促进渗碳体析出,引起体积的收缩。慢速加热回火时,C有足够的时间扩散,从而促进渗碳体的形成,使渗碳体的形成温度提前;快速加热回火时,C来不及扩散,抑制了渗碳体的析出。回火加热速率一样时,试验钢的硬度随回火温度的提高而下降。当回火温度为400 ℃时,硬度值最大为51 HRC;当回火温度为650 ℃时,硬度值最小为37 HRC。当加热速率为0.1 ℃/s时,硬度值最小为33 HRC;当加热速率为200 ℃/s时,硬度值最大为40 HRC。     

空间红外大口径折射式低温镜头设计与验证

针对目标探测类空间红外相机大范围成像、高灵敏度探测、高精度定位等应用需求,文中提出采用像方远心光路和低温光学技术结合的解决方案,设计了物方视场角8°×8°、入瞳口径265 mm、工作温度200 K的像方远心折射式光学系统。镜头最大口径280 mm,采用多级分散的弹性支撑设计,解决大口径低温透镜装框、透镜组件支撑和镜头整体安装各环节的热应力卸载问题。在保证高刚度和低漏热的情况下,使低温下透镜的热应力对镜头能量集中度的影响降低到可接受范围内。镜头完成装调及室温下像质确认后,进行了力学振动试验,并将其制冷到200 K水平测试像质,测试结果表明,镜头能量集中度达到轴上75%,边缘视场72%。     

Corrosion behaviour of an industrial shot-peened and coated automotive spring steel AISI 9254

A high-strength low-alloy steel, AISI 9254 (54SiCr6), is widely used for suspension spring production in the automotive industry. In this work, industrially manufactured zinc phosphate coated helical springs are subjected to detailed microstructural and surface analysis for better understanding of corrosion evolution. The material’s free corrosion potential and anodic/cathodic behaviour were investigated in NaCl solutions and corrosion propagation mechanisms were studied using potentiostatic polarisation on cross-sectional and external surfaces. The bulk material is fully martensite with uniformly distributed MnS inclusions, while the spring surface has a 2–3?μm mechanically deformed region introduced by shot-peening and a thin zinc phosphate coating. The corrosion open circuit potential of bulk material and shot-peened spring surface was about –0.7V_SCE without significant difference, while phosphated surface is more noble (more positive potential). MnS inclusions, stimulating the anodic attack in the steel, influence corrosion propagation and pit morphology to a large extent that can have an impact on the spring performance.     

基于多参数特征保留的载荷谱加速耐久性编辑

为了得到时间更短加载效果相同的加速耐久性试验载荷谱,提出了基于多参数特征保留的载荷谱编辑方法。该方法同时考虑载荷谱的损伤、功率谱密度以及统计参数等信息,对零部件载荷谱的时间进行压缩。以汽车悬架螺旋弹簧的载荷谱为例,采用该方法进行缩减,同时从多个参数特征方面与传统的基于损伤保留的编辑方法所得到的载荷谱进行对比。为了进一步验证编辑效果,采用编辑谱和原始谱对弹簧进行疲劳仿真。结果表明,该方法能够有效缩短汽车零部件的载荷谱,可得到与原始载荷谱具有相同加载效果的编辑载荷谱。     

轧机两侧刚度差的数字化分析与改善措施

轧机两侧刚度差是轧机功能精度的最重要指标之一，以弹跳方程为基础定量计算了轧机两侧刚度差对轧制稳定性的影响，主要包括调平值、调平值随轧制力的变化以及甩尾3个方面。以此为基础在某热轧线建立了轧机刚度评价体系，对轧机功能精度进行管控。同时，还分析了轧机两侧刚度差的影响因素，并在定量分析的基础上采取了一系列的改善措施，包括衬板、垫片维护、最大压靠轧制力和标定轧制力的调整等，使轧机刚度和轧制稳定性得到大幅提升。     

基于缓冲对刀策略的自动化铲板组件设计

针对目前化纤纺丝生产中对喷丝板进行自动化铲板的需求,首先,提出一种自动铲板方法并设计了具有串并联弹簧缓冲对刀结构的铲板组件;然后,通过规划铲刀组件的对刀运动参数,建立组件的动力学模型,确定缓冲弹簧的刚度系数;同时对铲刀组件的对刀运动进行Adams仿真,验证运动参数设计和串并联弹簧缓冲对刀结构设计的正确性;最后,搭建了自动化铲板实验平台,开展对刀阶段的接触力测量实验。研究结果表明,实际对刀时的受力趋势与仿真结果一致,铲板组件可有效清洁喷丝板面,且随着铲刀接触力的增大铲板效果越明显,该研究为进一步开展自动化铲板系统的设计提供了技术参考。