双层预紧式六维力传感器动态性能的理论与实验研究

对一种新型的双层预紧式六维力传感器进行了动态性能理论分析与实验研究。首先介绍了双层预紧式六维力传感器的结构特点。建立了该传感器的振动系统简化模型,基于螺旋理论和多自由度系统振动学推导了系统的运动微分方程。经过对运动微分方程进行求解,得到了传感器的各阶固有频率。最后采用阶跃响应法对传感器样机进行动态性能实验研究,经过快速傅里叶变换得到了传感器的频率响应曲线。实验结果与理论计算结果一致,从而验证了理论推导的正确性。研究结果表明,双层预紧式六维力传感器的动态性能较好,能够满足一般工业生产中对六维力测量的要求。     

基于薄板理论的六维力传感器E型膜横向扭转振动分析

六维力传感器动态解耦的关键是对解耦矩阵C的求解,常见的方法是基于弹性力学理论对传感器的弹性结构建立力学模型,通过对弹性体动态力学行为的研究,揭示动态耦合特征,求解解耦矩阵.本文以My方向动载荷作用下传感器的上、下E型膜研究对象,基于弹性力学薄板振动理论,对非对称动载荷作用下的圆环形薄板的横向强迫振动问题提出了一种新颖的解决方法,求解出动态输出,并对结果进行数据处理,揭示了My主方向弹性体的动态力学特性,为动态解耦提供了理论和数据基础.     

含变轴力的变截面梁振动特性计算方法

提出了一种含变轴力的变截面梁横向振动特性的快速计算方法。含变轴力的变截面梁,其弯曲刚度、质量分布、轴向力都是沿梁轴线连续或非连续变化的。先将变截面梁等效为多段均匀阶梯梁,即将变截面梁看作由若干均匀段组成的梁;然后基于相邻两段连接处的位移(位移、转角)和力(弯矩、剪力)连续条件,建立相邻两段模态函数间的相互关系;对常见边界条件的梁给出了计算其横向振动特性的特征方程统一形式,使用Newton-Raphson方法计算其振动特性。通过计算变截面旋转梁前3阶固有特性,与有限元结果进行比较,表明该方法具有相当好的收敛性和计算精度。     

新型力解耦机器人六维力传感器研究

为获得仿人行走机器人脚部的力感信息,简化测力系统,设计了一个新型的六维力传感器的弹性体,并用ANSYS软件对传感器弹性体进行了有限元分析,根据应力测量原理并结合特定的应变片布片和组桥方案得到了一种新型力解耦六维力传感器,对传感器原型进行的实测结果表明：该传感器得到了1．26μV／N的灵敏度和2．0％的线性度,直接输出的维间力耦合在5％以内。     

基于EtherCAT总线的六维力传感器在线解耦技术

为了克服传统六维力传感器数据采集模块体积大、精度低、缺乏数据处理功能的弊端,设计了一种体积小、精度高、实时性高、采集速度快、采集处理一体化的基于EtherCAT总线的六维力传感器数据采集模块.为了减小六维力传感器的维间耦合,开发了遗传算法优化的神经网络来对实验数据进行离线训练.利用多重随机操作来提高算法的泛化性能,并将训练好的参数移植到微控制器中进行在线解耦.通过单维和六维力传感器加载实验,表明模块可在1 ms之内完成数据的采集及处理;解耦后相对误差在0.85%以下,相对于最小二乘法解耦矩阵计算得到的精度提高了37.1%.     

基于Stewart平台的六维力传感器在风洞天平中应用

主要研究基于Stewart平台的六维力传感器在风洞天平中的应用，及其结构的优化设计。根据最小条件数准则进行运动学设计，依据力变换矩阵条件数的各向同性进行结构优化设计，并用数值算例加以验证。     

测力传感器和柔性基础对动态力测量的影响

针对安装于多层工业厂房中的动力机械，将机器，测力传感器及基础结构作为一个大系统，利用子系统耦合观点，研究了测试系统中的插入环节－测力传感器和柔性基础的动态特性对动态力测量精度的影响规律，给出了提高测量精度的频率界限。     

新型六维腕力传感器

设计了一种新型六维腕力传感器采用有限单元法对六维腕力传感器的十字梁弹性体进行结构静力学分析,论述了该机械结构的合理性,确定了应变片黏贴的最佳位置,通过合理的应变片电桥的组桥将各维力/力矩信号转化为电压输出设计放大电路对六维电压信号进行放大,最后通过试验标定装置对此六维腕力传感器进行标定.     

六维力传感器标定及其在气动柔性手指上应用

提出了一种精密六维力传感器的标定方法。搭建了实验平台,采用移动滑台搭载测力计对传感器施加外力的方式,得到传感器在不同外力情况下各方向力和力矩输出的电压差值,利用数值分析方法对电压差值和外力、力矩大小之间的关系进行分析,获得了电压差值与外力、力矩大小的关系方程,并应用六维力传感器对气动柔性手指进行了夹持力实验研究。实验结果表明,柔性手指指尖夹持力、所受力矩随气压增加而增大,且指根处受力、力矩均小于指尖夹持力及夹持力所产生力矩,为后续柔性机械手的研究提供了科学依据。     

Dynamic characteristics analysis for the random FGM beam

The uncertainty in effective physical properties is inherent since the manufacturing and fabrication processes of FGM (Functionally Graded Materials) are extremely complex. Based on the high-order shear deformation theory, the finite element model is developed for the FGM beam with material properties varying in the axial direction, taking into account the shear deformation. Using the moment method of the random function, the statistics of dynamic characteristics for the FGM beam is calculated, and the effect of random constituent material properties on the dynamic characteristics for the FGM beam is systemically investigated in the case of different volume fraction indexes. The Monte-Carlo method is used to verify the presented method. Numerical results show the dominant effect of the constituent volume fraction index on the dispersion in dynamic characteristics, and the dispersion in modal frequencies becomes higher when more material properties are considered random, and the dispersion in mode shapes depends mainly on the randomness of constituent material mass densities, while the volume fraction index and random elastic modulus of constituent materials have little influence on mode shapes.     

基于接触理论的空间光学遥感器的动力学求解

遥感器结构中通过螺钉或销钉的非线性连接环节的存在使得准确求解动态刚度的困难加大，在介绍的经典接触理论的基础上，根据结构形式，材料和施加的预警力通过计算机模拟分析出连接部分接触面间的实际接触状态，在建立动力学有限元分析模型时，通过接触单元和螺钉单元模拟接触区域的刚度特性，获得系统的固有频率和振型，有限元分析结果与正弦招聘描试验时的结果基本一致（误差给为4％），表明这种方法能够较好地模拟出结构的动态刚度，相关分析还表明，只有通过分析接触等非线性环节，才能模拟出结构的真实动态刚度。     

预应力对体外预应力简支钢梁自振频率的影响

利用有限元方法建立了体外预应力简支钢梁的有限元模型,对不同预应力值及预应力筋不同偏心距布置条件下简支钢梁的自振频率进行动力仿真分析。通过仿真结果分析预应力大小对自振频率的影响规律及影响程度,最后给出了预应力值与桥梁自振频率的定量关系,为开展预应力简支梁中有效预应力的识别提供了一定的理论支撑。     

基于筒型测力传感器的应变分析及扭矩测量

针对筒型弹性元件用于扭矩测量的问题,运用材料力学理论进行分析,计算出在扭矩作用下标准空心圆柱表面最大应变值的位置.利用ANSYS对标准空心圆柱进行仿真分析,提出一种提取模型上节点的任意方向应变仿真值的方法,并验证仿真准确性.对筒形测力传感器进行仿真,并结合理论分析提取粘贴应变片的最佳位置.设计一种使该传感器进行扭矩动态测量时抗拉力和弯矩影响的测量电路,从而实现扭矩的精确测量,提高筒型测力传感器的精度.本文方法对复杂结构的相关运算具有一定的指导作用.     

光纤光栅冰力传感器的开发及应用

根据裸光纤光栅(FBG)对应变的灵敏度远高于对压力的灵敏度这一特点,设计了一种基于等强度梁结构的FBG冰力传感器,并可以通过调节封装构件的尺寸调节其测量压力的灵敏度系数。对传感器的标定结果显示,这种FBG冰力传感器的线性相关度良好,实测的灵敏度系数与理论值一致。该种传感器在冰激桥墩振动模型试验中得到了应用,成功监测了桥墩在不同冰速撞击下受到的冰力。实验表明,这种FBG传感器灵敏度高、可靠性好、对结构自身的影响很小,可直接测量冰的撞击力,适合于模型实验中的冰力监测。     

杯形件反挤压变形力的滑移线场数值分析解

因工程设计中挤压力的计算依赖于经验公式,误差较大且不利于优化设计,基于经典塑性理论,运用数学方法探索更准确方便的挤压力的求解模型。以滑移线场为理论平台,以杯形件反挤压过程为研究对象,分析不同压缩比的系列滑移线特征并叠加得到代表滑移线场。在求解应力场及变形力的基础上,通过曲线拟合方法研究滑移线场参数与模具几何参数的解析关系,从而建立变形物理参数与几何参数的数值分析模型。该数值分析模型所得解析解比滑移线场数值解具有更明显的物理意义,在知道变形几何参数的前提下,可方便求解挤压力。最后通过实测挤压力、并结合经验公式进行验证。结果表明数值分析模型计算结果较准确,并可作为目标函数实现工艺优化设计。     

L型压缩机曲轴-滚动轴承系统动力学分析

本文以某L型压缩机曲轴-滚动轴承系统为研究对象,在ADAMS中建立模型研究该系统动力学行为,依据轴承结构材料特性处理轴承反力与变形关系,将其求解结果和以往做法得到的结果进行比较．结果妊永,考虑轴承结构材料特性后曲轴颈振动响应有所增加,最大处峰值增量为18．081％,轴心轨迹基本保持原有形状,轴承反力相差不大,可见新方法进一步完善和发展了原有方法,提供了一种更加合理的求解方式．     

S枪磁控溅射Ni薄膜晶粒结构与导电特性的研究

应用薄膜晶粒边界散射的三维物理模型,分析了Ｎｉ薄膜晶粒结构对Ｎｉ薄膜电阻特性的影响,采用正交试验法得到了Ｓ枪磁控溅射的Ｎｉ薄膜具有良好导电特性的最佳工艺条件。ＳＥＭ照片表明了不同工艺条件下Ｎｉ薄膜的薄膜晶粒结构,最后给出了Ｓ枪磁控溅射的Ｎｉ薄膜制成的温度传感器的电阻温度特性。     

考虑轴力与底板约束的埋入式钢柱脚刚度模型

为准确预测埋入式(特别是浅埋)钢柱脚节点的初始转动刚度,将柱脚的埋入段简化为地基梁,基于初参数法完善考虑轴力影响的Winkler地基上的Timoshenko梁理论,提出受锚栓和混凝土约束的柱脚底板转动刚度的计算方法,进而建立可以综合反映柱脚埋深、埋入段剪切变形、钢柱轴力、底板约束影响的埋入式钢柱脚转动刚度模型。基于已验证的有限元模型进行参数分析,研究埋深比、轴力和锚栓布置对柱脚转动刚度的影响。与有限元结果的对比表明,提出的刚度模型较过往文献中理论模型具有更高的精度和更好的适用性,尤其是对于埋深比为0.5～1.5的浅埋柱脚节点。理论与有限元结果表明：埋深比较小时,柱脚转动刚度随埋深比的增加快速增大,而埋深比增加到一定程度后,其对转动刚度几乎无影响;柱脚转动刚度随钢柱轴压力增加呈增大的趋势;对于浅埋柱脚节点,底板约束对其转动刚度的影响较大,而随着埋深的增大,其影响逐渐减小;底板转动约束对埋深比小于1.5的节点刚度具有显著影响,当埋深比增大至2.5,其影响可以忽略。