高壓成形是當(dāng)今制造業(yè)一種先進(jìn)的加工技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)異型空心構(gòu)件的生產(chǎn)。在高壓成形過(guò)程中,材料的力學(xué)性能、管件幾何參數(shù)和加載路徑對(duì)構(gòu)件的成形質(zhì)量都有影響。成形的缺陷和管材壁厚分布特性與不同的應(yīng)力加載路徑緊密相關(guān),因此采用能夠模擬高壓加載環(huán)境的試驗(yàn)機(jī)研究不同材料在高壓下的性能,對(duì)于成形質(zhì)量與工藝十分重要。本課題以三向應(yīng)力加載試驗(yàn)機(jī)為研究對(duì)象,分析加載過(guò)程中存在的問(wèn)題及產(chǎn)生原因,對(duì)其控制系統(tǒng)展開(kāi)研究,試驗(yàn)管材在軸向力、內(nèi)壓和外壓三向應(yīng)力復(fù)合加載下具有復(fù)雜的受力情況,三向應(yīng)力與加載量的大小緊密相關(guān)。對(duì)此本文推導(dǎo)了三向應(yīng)力與加載力之間的計(jì)算公式和管材變形公式,并采用ABAQUS分析了管材的變形趨勢(shì),總結(jié)出加載過(guò)程中會(huì)遇到的變剛度問(wèn)題和干擾問(wèn)題。對(duì)試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)而言,了解其系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性是制定控制策略的基礎(chǔ),因此根據(jù)各通道動(dòng)力機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理,針對(duì)推力缸和內(nèi)外增壓器推導(dǎo)了數(shù)學(xué)模型,并利用Simulink軟件搭建單通道仿真模型,來(lái)分析系統(tǒng)位置控制和力控制的響應(yīng)特性。此外,本文還利用AMESim軟件搭建了復(fù)合加載模型,對(duì)變形模擬過(guò)程總結(jié)的問(wèn)題進(jìn)行仿真,以此制定控制策略。本文借鑒機(jī)器人的柔順性控制經(jīng)驗(yàn),將基于力的阻抗控制引入到推力缸系統(tǒng)的控制中,實(shí)現(xiàn)了應(yīng)對(duì)管材伸長(zhǎng)干擾加大密封力的目的。此外,對(duì)于阻抗控制存在跟蹤偏差的問(wèn)題,推導(dǎo)了自適應(yīng)控制律,使得推力缸在力控制下實(shí)現(xiàn)期望位置的跟蹤。通過(guò)不同控制方式的選擇,能夠使試驗(yàn)機(jī)具有不同程度的柔順特性。對(duì)試驗(yàn)機(jī)的加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)以提升試驗(yàn)效率,并編寫(xiě)控制程序?qū)崿F(xiàn)控制策略。通過(guò)參數(shù)的調(diào)試對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了單向和多向加載試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了過(guò)程分析和應(yīng)用探討。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH87
【部分圖文】：

及電液伺服技術(shù)的出現(xiàn)，得以用小的電信號(hào)控制大功率的出力，試驗(yàn)機(jī)的得到很大提高，加載的速度、力都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，應(yīng)力應(yīng)變的以實(shí)時(shí)采集和儲(chǔ)存。液壓試驗(yàn)機(jī)在工業(yè)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，除了加載力大，控制精度好以外實(shí)現(xiàn)雙向和三向加載，其較大的液壓剛度可以較好的應(yīng)對(duì)負(fù)載變化，此外能起到潤(rùn)滑作用，使各種元器件的壽命更長(zhǎng)，主要用于對(duì)金屬材料、巖土屬材料進(jìn)行拉壓彎剪試驗(yàn)[9]。上世紀(jì) 50 年代左右，美國(guó) MTS 公司采用電術(shù)，研制出第一臺(tái)液壓材料試驗(yàn)機(jī)，并用于材料的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)[10]。我國(guó)材料試驗(yàn)機(jī)的研究起步較晚，1971 年第一臺(tái) DPI 型電液伺服低頻疲勞試長(zhǎng)春誕生[11]。80 年代，國(guó)內(nèi)開(kāi)始有試驗(yàn)機(jī)廠與國(guó)外企業(yè)合資生產(chǎn)，如濟(jì)廠的 WAW-500 型試驗(yàn)機(jī)，通過(guò)電液伺服技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)恒力速率，恒應(yīng)的加載。近年來(lái)，得益于 DSP（數(shù)字信號(hào)處理）技術(shù)的發(fā)展，液壓試驗(yàn)機(jī)全數(shù)字化的發(fā)展階段。目前，世界上先進(jìn)的材料試驗(yàn)機(jī)仍被國(guó)外壟斷，主的 MTS 公司、INSTRON 公司、德國(guó)的 SCHENCK（申克）公司和 ZWIC）公司以及日本 SHIMADZU（島津）公司等[12-15]，其典型產(chǎn)品如圖 1-1 所

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文1.2.2 高壓成形試驗(yàn)機(jī)研制概述常規(guī)的液壓液壓材料試驗(yàn)機(jī)一般只能進(jìn)行拉壓彎剪等力學(xué)試驗(yàn)，無(wú)法進(jìn)行內(nèi)壓的模擬，針對(duì)內(nèi)高壓成形的試驗(yàn)機(jī)僅有大學(xué)等機(jī)構(gòu)在做。2000 年，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的相關(guān)學(xué)者開(kāi)發(fā)了如圖 1-2 所示的脹形裝置，該裝置利用上下兩個(gè)平板和一個(gè)圓形套筒組成密閉容腔，并通過(guò)定位圈和密封圈將管材固定，平板上的孔可以對(duì)管材進(jìn)行補(bǔ)液加壓[16]。雖然該裝置實(shí)現(xiàn)了內(nèi)壓力的加載，但結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)導(dǎo)致?tīng)奚溯S向的加載，只能研究管材的脹形規(guī)律。隨后在 2003 年，日本的 ToshihikoKuwabara 等人設(shè)計(jì)了如圖 1-3 所示的軸向力和內(nèi)壓力復(fù)合加載的試驗(yàn)機(jī)[17]，并引入電液伺服技術(shù)，使得加載路徑可以更為復(fù)雜，該裝置采用兩個(gè)對(duì)稱安放的單出桿活塞缸，利用連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行軸向的拉伸加載，同時(shí)用一個(gè)小型增壓器對(duì)管材內(nèi)部加壓。該裝置實(shí)現(xiàn)了兩向應(yīng)力的復(fù)合加載，缺點(diǎn)是占空間偏大，且軸向只能進(jìn)行拉伸。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文1.2.2 高壓成形試驗(yàn)機(jī)研制概述常規(guī)的液壓液壓材料試驗(yàn)機(jī)一般只能進(jìn)行拉壓彎剪等力學(xué)試驗(yàn)，無(wú)法進(jìn)行內(nèi)壓的模擬，針對(duì)內(nèi)高壓成形的試驗(yàn)機(jī)僅有大學(xué)等機(jī)構(gòu)在做。2000 年，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的相關(guān)學(xué)者開(kāi)發(fā)了如圖 1-2 所示的脹形裝置，該裝置利用上下兩個(gè)平板和一個(gè)圓形套筒組成密閉容腔，并通過(guò)定位圈和密封圈將管材固定，平板上的孔可以對(duì)管材進(jìn)行補(bǔ)液加壓[16]。雖然該裝置實(shí)現(xiàn)了內(nèi)壓力的加載，但結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)導(dǎo)致?tīng)奚溯S向的加載，只能研究管材的脹形規(guī)律。隨后在 2003 年，日本的 ToshihikoKuwabara 等人設(shè)計(jì)了如圖 1-3 所示的軸向力和內(nèi)壓力復(fù)合加載的試驗(yàn)機(jī)[17]，并引入電液伺服技術(shù)，使得加載路徑可以更為復(fù)雜，該裝置采用兩個(gè)對(duì)稱安放的單出桿活塞缸，利用連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行軸向的拉伸加載，同時(shí)用一個(gè)小型增壓器對(duì)管材內(nèi)部加壓。該裝置實(shí)現(xiàn)了兩向應(yīng)力的復(fù)合加載，缺點(diǎn)是占空間偏大，且軸向只能進(jìn)行拉伸。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2827284