【摘要】：近年來,隨著柔順機(jī)構(gòu)應(yīng)用于精密測(cè)量方面、通訊方面、光學(xué)方面等高精尖領(lǐng)域中,其需求量逐漸增多。在工程應(yīng)用中,典型柔順機(jī)構(gòu)中柔性鉸鏈?zhǔn)艿酵饨绛h(huán)境的影響導(dǎo)致斷裂失效,縮短疲勞使用壽命,降低了結(jié)構(gòu)可靠性,嚴(yán)重的可能會(huì)引發(fā)安全問題。本文采用裂紋分析方法、有限元法、Paris反推疲勞應(yīng)力方法對(duì)直梁型柔性鉸鏈展開斷裂失效分析;采用應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法、Paris壽命估算法對(duì)直梁型柔性鉸形成裂紋前和裂紋后的疲勞壽命預(yù)測(cè);采用全因子法、穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)直梁型柔性鉸鏈展開參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),進(jìn)一步優(yōu)化其性能,提高可靠性與穩(wěn)健性,預(yù)防其斷裂失效。其主要研究工作如下所示:(1)針對(duì)直梁型柔性鉸鏈在工程應(yīng)用中會(huì)受到交變應(yīng)力作用,從而導(dǎo)致斷裂失效的問題,提出了一種基于裂紋分析方法對(duì)其進(jìn)行斷裂失效分析。首先采用有限元法建立裂紋模型,再結(jié)合Paris反推應(yīng)力法與有限元方法,建立直梁型柔性鉸鏈斷裂失效的最大應(yīng)力計(jì)算近似模型。(2)針對(duì)難以預(yù)測(cè)柔順機(jī)構(gòu)中直梁型柔性鉸鏈產(chǎn)生裂紋前后疲勞壽命的工程難題,提出了應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法、Paris壽命估算法對(duì)其進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)。對(duì)直梁型柔性鉸鏈裂紋前,首先用有限元分析與仿真得到其疲勞壽命S-N曲線,再結(jié)合應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法構(gòu)建計(jì)算疲勞壽命的數(shù)學(xué)模型;對(duì)直梁型柔性鉸鏈裂紋后,首先構(gòu)建不同裂紋長(zhǎng)度的裂紋模型,再運(yùn)用有限元仿真分析獲得不同裂紋長(zhǎng)度的疲勞壽命S-N曲線,再結(jié)合Paris剩余壽命估算法建立柔性鉸鏈?zhǔn)Ш蟮钠趬勖鼣?shù)學(xué)模型,最后,通過線性回歸分析對(duì)柔性鉸鏈?zhǔn)昂笃趬勖Ｐ驼归_方差分析與殘差分析驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。(3)針對(duì)柔順機(jī)構(gòu)在工程應(yīng)用中受到多種因素的影響導(dǎo)致斷裂失效,降低結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性的難題,提出了全因子法與穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的方法。采用全因子法主要通過創(chuàng)建試驗(yàn)設(shè)計(jì)來獲取實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù),再根據(jù)ANSYS獲得試驗(yàn)設(shè)計(jì)的響應(yīng)變量,對(duì)響應(yīng)變量展開方差分析與需要優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)建立響應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,根據(jù)合意度函數(shù)法將響應(yīng)問題看作求合意度最大的問題,解決結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中難以構(gòu)建響應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型和常規(guī)優(yōu)化算法難以達(dá)到全局參數(shù)最優(yōu)的問題,獲得了符合約束條件下優(yōu)化設(shè)計(jì)方案;而穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)的性能,提高其可靠性與穩(wěn)健性。
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH112
【圖文】：

圖 3.2 材料裂紋張開位移示意圖或者用仿真軟件獲得c ，根據(jù)以下公式來計(jì)算材料臨界裂紋8ln sec2s ccsaE 為裂紋的臨界長(zhǎng)度，s 為材料的屈服強(qiáng)度， 為機(jī)構(gòu)的工果裂紋尖端受到較小屈服時(shí)，COD 與應(yīng)力強(qiáng)度因子1K ，214sKCODE 2c4= =ICsKCODE 分界值和（3.3）對(duì)于定量分析裂紋擴(kuò)展是十分重要的公式。然而十分短缺，因此，很難準(zhǔn)確計(jì)算和測(cè)量材料裂紋尖端的開

[40]。在 ANSYS 軟件 Mechanical 里，可以對(duì)裂紋對(duì)象 Crack或預(yù)劃分裂紋對(duì)象Pre-Meshed Crack定義及裂紋的定義，其參數(shù)細(xì)節(jié)設(shè)置如圖3.4所示，其結(jié)構(gòu)如圖 3.5 所示。

圖 3.4 裂紋參數(shù)細(xì)節(jié)設(shè)置圖 圖 3.5 裂紋結(jié)構(gòu)示意圖1.4 柔順機(jī)構(gòu)最大疲勞應(yīng)力計(jì)算模型的構(gòu)建利用 Paris 經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)計(jì)算最大疲勞應(yīng)力的基本公式： 1s1=nY ac （3式中，s 是裂紋源區(qū)的疲勞條帶間距得到的；c、n 是根據(jù)柔性鉸鏈的受載情況確力比R ，根據(jù)應(yīng)力比選取材料的裂紋擴(kuò)展常數(shù) c、n 值；Y 是裂紋形狀因子，在確定過程中，一般需要結(jié)合構(gòu)件形狀、受載情況，結(jié)合裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子模型來，絕大多的情況下，Y 是通過查找《應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊(cè)》確定。a是裂紋長(zhǎng)度，需過斷口實(shí)測(cè)得到的[41]。確定 Paris 公式相關(guān)參量的值是求解疲勞應(yīng)力的關(guān)鍵：（1）獲取裂紋擴(kuò)展材料常數(shù) c、n 值da / ndN c K （3

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本文編號(hào)：2786139