高壓成形是當今制造業(yè)一種先進的加工技術,能夠?qū)崿F(xiàn)異型空心構(gòu)件的生產(chǎn)。在高壓成形過程中,材料的力學性能、管件幾何參數(shù)和加載路徑對構(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力加載路徑緊密相關,因此采用能夠模擬高壓加載環(huán)境的試驗機研究不同材料在高壓下的性能,對于成形質(zhì)量與工藝十分重要。本課題以三向應力加載試驗機為研究對象,分析加載過程中存在的問題及產(chǎn)生原因,對其控制系統(tǒng)展開研究,試驗管材在軸向力、內(nèi)壓和外壓三向應力復合加載下具有復雜的受力情況,三向應力與加載量的大小緊密相關。對此本文推導了三向應力與加載力之間的計算公式和管材變形公式,并采用ABAQUS分析了管材的變形趨勢,總結(jié)出加載過程中會遇到的變剛度問題和干擾問題。對試驗機系統(tǒng)而言,了解其系統(tǒng)的運動特性是制定控制策略的基礎,因此根據(jù)各通道動力機構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理,針對推力缸和內(nèi)外增壓器推導了數(shù)學模型,并利用Simulink軟件搭建單通道仿真模型,來分析系統(tǒng)位置控制和力控制的響應特性。此外,本文還利用AMESim軟件搭建了復合加載模型,對變形模擬過程總結(jié)的問題進行仿真,以此制定控制策略。本文借鑒機器人的柔順性控制經(jīng)驗,將基于力的阻抗控制引入到推力缸系統(tǒng)的控制中,實現(xiàn)了應對管材伸長干擾加大密封力的目的。此外,對于阻抗控制存在跟蹤偏差的問題,推導了自適應控制律,使得推力缸在力控制下實現(xiàn)期望位置的跟蹤。通過不同控制方式的選擇,能夠使試驗機具有不同程度的柔順特性。對試驗機的加載機構(gòu)進行了改進以提升試驗效率,并編寫控制程序?qū)崿F(xiàn)控制策略。通過參數(shù)的調(diào)試對試驗機進行了單向和多向加載試驗,對試驗結(jié)果進行了過程分析和應用探討。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH87
【部分圖文】：

及電液伺服技術的出現(xiàn)，得以用小的電信號控制大功率的出力，試驗機的得到很大提高，加載的速度、力都可以通過計算機實時控制，應力應變的以實時采集和儲存。液壓試驗機在工業(yè)中已經(jīng)得到廣泛應用，除了加載力大，控制精度好以外實現(xiàn)雙向和三向加載，其較大的液壓剛度可以較好的應對負載變化，此外能起到潤滑作用，使各種元器件的壽命更長，主要用于對金屬材料、巖土屬材料進行拉壓彎剪試驗[9]。上世紀 50 年代左右，美國 MTS 公司采用電術，研制出第一臺液壓材料試驗機，并用于材料的疲勞強度試驗[10]。我國材料試驗機的研究起步較晚，1971 年第一臺 DPI 型電液伺服低頻疲勞試長春誕生[11]。80 年代，國內(nèi)開始有試驗機廠與國外企業(yè)合資生產(chǎn)，如濟廠的 WAW-500 型試驗機，通過電液伺服技術，可以實現(xiàn)恒力速率，恒應的加載。近年來，得益于 DSP（數(shù)字信號處理）技術的發(fā)展，液壓試驗機全數(shù)字化的發(fā)展階段。目前，世界上先進的材料試驗機仍被國外壟斷，主的 MTS 公司、INSTRON 公司、德國的 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)大學碩士學位論文1.2.2 高壓成形試驗機研制概述常規(guī)的液壓液壓材料試驗機一般只能進行拉壓彎剪等力學試驗，無法進行內(nèi)壓的模擬，針對內(nèi)高壓成形的試驗機僅有大學等機構(gòu)在做。2000 年，美國俄亥俄州立大學的相關學者開發(fā)了如圖 1-2 所示的脹形裝置，該裝置利用上下兩個平板和一個圓形套筒組成密閉容腔，并通過定位圈和密封圈將管材固定，平板上的孔可以對管材進行補液加壓[16]。雖然該裝置實現(xiàn)了內(nèi)壓力的加載，但結(jié)構(gòu)的設計導致犧牲了軸向的加載，只能研究管材的脹形規(guī)律。隨后在 2003 年，日本的 ToshihikoKuwabara 等人設計了如圖 1-3 所示的軸向力和內(nèi)壓力復合加載的試驗機[17]，并引入電液伺服技術，使得加載路徑可以更為復雜，該裝置采用兩個對稱安放的單出桿活塞缸，利用連桿機構(gòu)進行軸向的拉伸加載，同時用一個小型增壓器對管材內(nèi)部加壓。該裝置實現(xiàn)了兩向應力的復合加載，缺點是占空間偏大，且軸向只能進行拉伸。

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文1.2.2 高壓成形試驗機研制概述常規(guī)的液壓液壓材料試驗機一般只能進行拉壓彎剪等力學試驗，無法進行內(nèi)壓的模擬，針對內(nèi)高壓成形的試驗機僅有大學等機構(gòu)在做。2000 年，美國俄亥俄州立大學的相關學者開發(fā)了如圖 1-2 所示的脹形裝置，該裝置利用上下兩個平板和一個圓形套筒組成密閉容腔，并通過定位圈和密封圈將管材固定，平板上的孔可以對管材進行補液加壓[16]。雖然該裝置實現(xiàn)了內(nèi)壓力的加載，但結(jié)構(gòu)的設計導致犧牲了軸向的加載，只能研究管材的脹形規(guī)律。隨后在 2003 年，日本的 ToshihikoKuwabara 等人設計了如圖 1-3 所示的軸向力和內(nèi)壓力復合加載的試驗機[17]，并引入電液伺服技術，使得加載路徑可以更為復雜，該裝置采用兩個對稱安放的單出桿活塞缸，利用連桿機構(gòu)進行軸向的拉伸加載，同時用一個小型增壓器對管材內(nèi)部加壓。該裝置實現(xiàn)了兩向應力的復合加載，缺點是占空間偏大，且軸向只能進行拉伸。

【參考文獻】

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本文編號：2827284