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。     

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。     

空气弹簧液压悬置动特性及隔振特性研究

研究了具有可变刚度阻尼的发动机空气弹簧液压悬置的动特性和隔振特性。针对影响发动机空气弹簧液压悬置动特性的关键参数上液室等效体积刚度,采用理论和试验方法研究了上液室等效体积刚度的等效值,基于该等效值建立了空气弹簧液压悬置的理论模型,对空气腔开闭两种工况进行了空气弹簧液压悬置动特性的仿真和试验研究。搭建了发动机空气弹簧液压悬置系统试验台架,研究了台架各种激励频率下的空气弹簧液压悬置的隔振特性。结果表明:本研究采用的上液室等效体积刚度进行空气弹簧进行建模是正确、可行的,提高了空气弹簧建模效率和准确性;空气弹簧液压悬置在空气腔开启和关闭两种状态下,峰值动刚度增大幅值达78.5%,峰值阻尼角增大幅值达250%。台架试验表明:当台架激励频率小于25Hz时,悬置采用大刚度大阻尼;当台架激励频率大于等于25 Hz时,悬置采用小刚度小阻尼;悬置隔振率提升明显,不同频率下提升幅值达10%～67%。