有限体积法研究钛合金叶轮等温精密成形

针对钛合金叶轮形状复杂、受力状况恶劣以及钛合金材料导热率低的特点,研究了叶轮等温锻造工艺中叶片顶部形状的设计、坯料直径的选择以及工艺参数的制订等技术难点.采用有限体积法模拟了Ti-6A1-4V钛合金叶轮的等温精密成形过程,分析了成形过程中金属的流动行为和对模具的充填能力,给出了成形各阶段工件的温度场和应变速率场分布情况.模拟结果表明,等温精密锻造钛合金叶轮,不仅可以获得很好的金属流线和满意的几何形状,而且由于成形的温度和应变速率条件有利于Ti-6A1-4V材料发生超塑性变形,还可以得到分布均匀的等轴细晶组织,提高锻件的力学性能.     

房车转向节整体模锻关键技术与模具装置研发

房车转向节轮廊尺寸大、结构极其复杂,目前采用的分体制造技术存在材料利用率和生产效率低、产品性能差的问题。为此,提出了转向节整体模锻成形的工艺方案,着重研究了其关键工序弯曲成形的工艺优化并进行了专用模具装置开发。采用经典塑性成形理论、有限元数值模拟和试验相结合的方法,分析了弯曲过程的应力应变状态、金属流动和损伤分布。工艺试验结果表明,所提出方案合理,实现了以整体模锻取代分体制造,材料利用率由约45%提高至70%以上,生产效率提高4~5倍。     

雷达波导件塑性成形工艺分析及有限元数值模拟

以雷达上的波导件为研究对象,针对传统加工工艺的缺点以及工件形状特点,提出挤压成形工艺方案。利用有限元分析软件DEFORM对该工件的关键成形工序—反挤压过程进行刚塑性有限元数值模拟研究。通过数值模拟,观察到在不同压下测量时毛坯的等效应力、等效应变云图及挤压力与行程图,得到其金属流动规律,为合理设计模具和验证工艺提供依据。     

大型覆盖件应变分布测量与缺陷分析

研究了用网格试验方法对冲压成形后覆盖件的塑性主应变分布进行测量的方法。分析了其原理、网格形式 及其特点、基于单元格均匀变形条件的四边形网格塑性主应变计算的相关理论和方法。以一汽车覆盖件冲压成形 的拉裂缺陷分析为例,采用网格试验法测量计算获得了该零件成形后的塑性应变分布情况,分析了根据测试结果进 行冲压质量诊断和改进冲压工艺的方法。结果表明,该方法为分析和解决覆盖件冲压成形缺陷,优化冲压工艺提供 了一种有效的辅助工具。     

星形套闭塞模锻光塑性模拟研究

利用光塑性方法以聚碳酸脂为模拟材料研究轿车等速万向节星形套闭塞模锻成形过程，获得星形套闭塞模锻成形过程的三维光塑性应变分布，提出其应变分布特征，并对典型截面应变进行计算分析，研究结果可实际钢质星形套闭塞模锻工艺和模具设计起一定的指导作用。     

大模数直齿轮热轧成形仿真与实验

采用热轧工艺对大模数直齿轮的成形过程进行了研究。利用Solid Works和Deform-3D软件建立了大模数直齿轮热轧成形的热机耦合有限元模型,通过将工件转速转换为轧辊公转成功实现了齿轮的热轧成形过程。对模数5,齿数61直齿轮成形进行仿真,获得了金属位移流动规律、齿部折叠角、温度场分布及等效应变分布规律;通过设置追踪点,分析了齿形部位的金属流动规律;预测了径向轧制力变化规律,揭示了大模数直齿轮热轧成形机理。最后进行齿轮轧制实验,验证了大模数直齿轮热轧成形的可行性。     

汽轮机叶轮的模锻与轧制联合成形工艺研究

汽轮机叶轮属直径大而高度小的薄型圆盘类锻件,主要要求切向力学性能。通过对叶轮的结构特点与性能要求进行分析,提出采用模锻与轧制联合成形工艺进行叶轮的热成形。制订了叶轮的模锻与轧制联合成形工艺方案,进行了各变形工序模具的合理设计,并对该成形工艺的特点与自由锻等其他工艺进行了比较、分析。生产实践证明,模锻与轧制联合成形工艺是一种低成本、高效率、节材、节能且具备工艺灵活性的成形方法,具有一定的经济效益。     

基于刚粘塑性有限元模拟的汽轮机叶轮模锻的预成形优化

针对汽轮机叶轮模锻的预成形设计,本文建立了以打击能耗最低和模具作用载荷最小为目标函数,以完全填充为约束条件,以坯料初始高径比为优化变量的预成形坯料优化方案。利用刚粘塑性有限元方法模拟汽轮机叶轮等温模锻成形过程,具体分析了不同坯料初始高径比对成形载荷、塑性应变能以及分流面的影响。数值模拟结果表明获得的预成形H/D最佳尺寸可明显减少模锻锤击次数和模具磨损。所提出的有限元模拟预成形优化方法十分有效,克服了以往凭经验设计的弊端。     

接套体多向模锻金属流动规律的数值模拟研究

针对接套体的结构特点和性能要求,介绍了采用多向模锻对该件进行近净成形的工艺过程,通过数值模拟总结出接套体金属流动的一般规律,从而为实际生产选用合理的工艺方案提供参考依据,具有工程实际应用意义。     

多道次双点渐进成形数值模拟与实验研究

针对多道次双点渐进成形中材料变形规律问题,建立了典型圆锥台件双点渐进成形有限元模型,采用螺旋轨迹对其多道次成形规律进行了数值模拟,对模拟结果中节点坐标和位移、单元应变和壁厚数据进行了提取,分析了成形过程中节点流动、单元应变及壁厚分布规律,并通过在实验板料表面印制圆形网格和制作标记点进行了多道次双点渐进成形实验,对成形零件网格变化、标记点径向移动和零件壁厚进行了测量分析,验证了模拟结果的正确性。研究结果表明,多道次双点渐进成形中材料产生明显的径向流动,且随着成形道次增多而增大,同时,成形道次越多零件壁厚均匀性越好;另外,采用变间隔角度设计方法,可改善多道次双点渐进成形零件壁厚分布均匀性,且随着成形道次增多作用越明显。     

滚滑复合被动关节的研究与开发

研究开发了滚滑复合的新型被动关节,它兼有滚动运动副和贴塑滑动运动副的特点,可以提高并联机构被动关节的抗力矩能力和运动精度的稳定性。建立了滚滑复合被动关节结合部的变形解析求解方法,为其设计提供了依据,并对所研制的一种滚滑复合被动关节进行了解析计算和试验验证。同时给出了滚滑复合被动关节的应用方法,并在所研究开发的六轴混联数控机床6PM2上进行了应用。     

空间运动链第二类消极运动副判别

通过引入广义副、广义运动链等概念 ,提出空间运动链第二类消极运动副存在的判据 ,由该判据可方便地判别空间运动链第二类消极运动副     

欠驱动仿袋鼠跳跃机器人动力学耦合研究

根据袋鼠的生物结构及运动特点,建立了具有欠驱动关节的仿袋鼠跳跃机器人模型。以此模型为基础,分析系统的主动关节与被动关节之间的加速度耦合效应。采用拉格朗日方方法建立了机构的动力学方程。结合实例,运用Matlab软件对机器人进行仿真分析,给出了机器人全局单关节耦合变化规律。结果表明:仿袋鼠跳跃机器人的踝关节与欠驱动关节间存在足够大的耦合并且通过动力学耦合来控制欠驱动关节的位置是可能的。动力学耦合指标对欠驱动机器人的结构设计和驱动装置位置有重要作用。     

输油臂回转接头的设计

根据输油臂的结构及操作条件，对回转接头进行受力分析和力学模型的进一步简化，将原来的静不定问题转化为静定问题，从而大大简化了回转接头的设计计算。对回转接头的寿命检验借鉴了关节轴承的计算方法，使计算结果更为合理。     

基于结构特征的含复铰和高副的平面运动链分类

提出了基于结构特征的含复铰和高副平面运动链的分类方法。定义了度谱、阶谱、复铰谱、多阶杆连接铰链谱和高副谱作为含复铰和高副平面运动链的结构特征。通过结构类型综合获得运动链的构件邻接矩阵后，就可以计算这些结构特征。据此得到了从八杆以下平面连杆运动链生成的全部独立的含复铰和高副平面运动链共174类396种。     

球笼式等速万向节结构轻量化设计

为了实现球笼式等速万向节的结构轻量化设计,以球笼式等速万向节最大接触应力、接触总变形和塑性变形为依据,分别对钢球数量为6和8的两种结构的球笼式等速万向节进行了初步研究.对球笼式等速万向节的主要结构尺寸即钢球中心圆直径与钢球直径之比、万向节外径与内套花键分度圆直径之比,以及球笼式等速万向节的偏心距与钢珠中心圆半径之比进行了优化选择和比较.研究结果初步表明,对于球笼式等速万向节,当钢球数量由6增加为8时,由于钢球直径的减小,不但其外形尺寸可以减小12%、质量可以减少近20%,而且万向节的承载能力反而可以得到少许提高.因此,增加球笼式等速万向节的钢球数量是实现其结构轻量化设计的一种有效方法.     

Compound joints: Behavior and benefits of flexure arrays

Because compliant mechanisms achieve their motion through deflection of flexible members, they have a limited range of motion and finite stiffness. Many common flexure geometries also suffer from a non-stationary center of rotation. These properties can be obstacles to their adoption in applications that require large displacements, low stiffness, or stationary centers of rotation. This work presents the concept of compound flexures: by assembling arrays of flexures, we can increase range of motion, decrease stiffness, and reduce center shift. We first develop the theory behind some of the basic behavior of compound joints. Then finite element analysis is used to explore other aspects of compound joint behavior such as off-axis stiffness and quantifying the center shift for two flexure types when used in compound joints of various configurations. It is shown in an example that range of motion can be doubled with no appreciable loss in off-axis stiffness, while the desired stiffness κ_θz remains unchanged. A method is presented to achieve zero center shift for a specified rotational displacement. Compound joints are shown to exhibit greater ranges of motion, higher off-axis stiffness, and reduced center shift compared to traditional joints.     

基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节设计与分析

为满足足式机器人跑跳等动态运动对关节柔性及其变刚度特性的迫切要求,借鉴生物关节柔性特征与主被动刚度调节机理,创新地提出了一种基于凸轮机构的新型变刚度仿生柔性关节。基于关节刚度特性分析,构建了关节整体刚度模型,并针对影响关节刚度特性的各结构参数开展了系统优化设计,研制出了一款紧凑型高集成度关节样机。关节样机性能实验结果表明,基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节具备理想的关节输出力矩与刚度调节范围,可通过关节固有刚度特性与动态刚度特性的主被动融合控制,实现关节瞬时刚度的动态非线性精确调节,能够满足机器人动态运动对关节柔性与刚度的需求。     

浅析应力集中对焊接接头疲劳强度的影响

焊接结构能否承受交变动载荷主要是看焊接接头的疲劳强度.应力集中是造成焊接疲劳的一个重要因素,采用改善焊缝几何形状、焊接接头类型等措施来降低应力集中可以有效地提高焊接接头的疲劳强度.     

模块化双作用水压人工肌肉关节设计

为充分利用水压人工肌肉高输出重量比的优势,设计双作用水压人工肌肉关节。通过对水压人工肌肉的力学特性进行理论计算分析,结果表明,水压人工肌肉输出力大而收缩位移有限,因此,关节设计的关键在于放大收缩位移并降低传动丝载荷。采用滑轮组与关节轴承相结合的方式,放大水压人工肌肉的有效行程并降低传动丝的载荷,实现了关节的大范围运动。此外,进一步开展了双作用水压人工肌肉关节的模块化设计,为实现多关节串联扩展设置电、机械和水液压接口,设计传动丝的连接结构及空间布局,对紧凑化结构进行了强度分析。模块化双作用水压人工肌肉关节的设计能够为进一步研发多自由度水压人工肌肉机械臂奠定基础。