高速经编机槽针机构运动精度可靠性分析计算 被引量：1

1

作者 聂飞飞 周金宇 曹清林 《现代制造技术与装备》 2017年第9期33-37,共5页

针对国产高速经编机与国外设备相比运动精度、稳定性和可靠性较差等亟待提高的难题,考虑基本尺寸误差和运动副间隙误差两种因素,建立高速经编机槽针机构运动精度可靠度求解的精确解析方程式。以极坐标系代替x-y坐标系来表示销轴中心在... 针对国产高速经编机与国外设备相比运动精度、稳定性和可靠性较差等亟待提高的难题,考虑基本尺寸误差和运动副间隙误差两种因素,建立高速经编机槽针机构运动精度可靠度求解的精确解析方程式。以极坐标系代替x-y坐标系来表示销轴中心在间隙圆内位置,导出销轴中心在运动副间隙圆中的分布函数,计算三种不同类型杆的有效杆长。使用MATLAB软件进行可靠度计算,定量分析了杆长误差和运动副间隙对槽针机构运动精度可靠性的影响程度,为提高槽针机构的运动精度可靠性提供了依据。 展开更多

关键词 经编机 槽针机构 运动精度 MATLAB

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碳纤复合材料汽车蓄电池壳体优化设计 被引量：9

2

作者 胡仁祥 周金宇 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第12期229-233,共5页

碳纤维增强复合材料具有比强度高、比模量高、耐腐蚀性好等诸多优异性能,在汽车结构中得到了广泛的应用。利用Altair OptiStruct软件建立了电池壳体有限元模型,对汽车蓄电池壳体结构进行了优化设计。整个汽车蓄电池壳体优化过程包括三... 碳纤维增强复合材料具有比强度高、比模量高、耐腐蚀性好等诸多优异性能,在汽车结构中得到了广泛的应用。利用Altair OptiStruct软件建立了电池壳体有限元模型,对汽车蓄电池壳体结构进行了优化设计。整个汽车蓄电池壳体优化过程包括三个阶段:概念设计阶段、系统设计阶段、详细设计阶段。首先,在概念设计阶段利用自由尺寸优化模块确定了铺层块的形状;然后,在系统设计阶段利用尺寸优化模块完成了铺层厚度的优化;最后,在详细设计阶段利用铺层顺序优化模块完成了铺层顺序的优化。优化结果表明,通过优化设计能减轻电池壳体的重量,减重比高达66%,优化效果明显。 展开更多

关键词 复合材料 蓄电池壳体 有限元建模 优化设计

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碳纤维复合材料螺栓连接性能综述 被引量：5

3

作者 孙涛 周金宇 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2018年第9期154-160,共7页

碳纤维复合材料具有众多优良的性能,目前在民用及航空航天领域已被广泛应用,但是碳纤维复合材料的结构连接强度问题一直是制约其发展的重要因素。综述了碳纤维复合材料螺栓连接方法,分别讨论了碳纤维增强复合材料螺栓连接的强度理论、... 碳纤维复合材料具有众多优良的性能,目前在民用及航空航天领域已被广泛应用,但是碳纤维复合材料的结构连接强度问题一直是制约其发展的重要因素。综述了碳纤维复合材料螺栓连接方法,分别讨论了碳纤维增强复合材料螺栓连接的强度理论、强度预测和强度影响因素(干涉配合、预紧力、螺栓钉头形式及铺层顺序)对连接强度的影响规律。最后总结了碳纤维复合材料螺栓连接研究的发展趋势。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料 螺栓连接 失效分析

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复合材料螺栓连接失效分析 被引量：5

4

作者 孙涛 周金宇 臧杰 《机械设计与制造》 北大核心 2019年第8期168-171,共4页

复合材料螺栓连接的孔边应力分布和其失效模式的关系一直是机械连接强度分析中十分重要的问题,不同的失效模式区域所受的应力是不同的。首先采用了适当的孔边应力函数获得了失效区域孔边径向正应力、切向正应力和剪切应力的分布,分析了... 复合材料螺栓连接的孔边应力分布和其失效模式的关系一直是机械连接强度分析中十分重要的问题,不同的失效模式区域所受的应力是不同的。首先采用了适当的孔边应力函数获得了失效区域孔边径向正应力、切向正应力和剪切应力的分布,分析了不同失效模式(挤压失效、剪切失效和拉伸失效)和其所受应力的关系。随后基于螺栓连接的三维实体有限元模型,将有限元分析的结果和解析法得出的结论进行了比较,发现的解析法计算的结果和有限元结果吻合良好,验证了复合材料螺栓连接的不同失效模式和其所受应力的关系。这表明复合材料螺栓连接不同的失效模式是由不同的应力所导致的。 展开更多

关键词 复合材料 螺栓连接 应力分布 失效分析

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脉冲激光再制造船用5083铝合金防护板试验研究 被引量：4

5

作者 任维彬 周金宇 +2 位作者 陈菊芳 陈国炎 方金祥 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期1130-1136,共7页

针对远洋舰船铝合金防护板受风浪、潮汐以及随机性爆炸冲击波影响,易萌生裂纹或产生断裂的工程实际,通过控制有限单元"生死"状态,动态模拟了防护板脉冲激光再制造温度场变化历程,获取了再制造过程温度变化规律,并对脉冲激光... 针对远洋舰船铝合金防护板受风浪、潮汐以及随机性爆炸冲击波影响,易萌生裂纹或产生断裂的工程实际,通过控制有限单元"生死"状态,动态模拟了防护板脉冲激光再制造温度场变化历程,获取了再制造过程温度变化规律,并对脉冲激光再制造工艺进行了优化。分析和试验结果表明:脉冲模式优化工艺参数为激光功率3 kW,光斑直径3 mm,扫描速度6mm/s,脉冲激光脉宽10 ms,占空比1:1。成形后防护板热影响区变形量控制在0.02 mm以内,硬度(HV0.1)最大值出现在热影响区,约为950 MPa。焊缝区与母材呈致密的冶金结合,主要为致密的细晶组织,抗拉强度达到222 MPa。 展开更多

关键词 5083铝合金 脉冲激光 再制造 有限元分析

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高速经编机槽针机构运动精度可靠性优化 被引量：4

6

作者 聂飞飞 周金宇 曹清林 《机械设计与制造》 北大核心 2019年第12期40-44,共5页

针对国产高速经编机与国外设备相比运动精度、稳定性和可靠性较差等亟待提高的难题,考虑了杆长误差及运动副间隙,分析了销轴中心在间隙圆内的分布状态,计算了三种不同类型杆的有效长度,建立了综合考虑两种误差时的槽针机构运动数学模型... 针对国产高速经编机与国外设备相比运动精度、稳定性和可靠性较差等亟待提高的难题,考虑了杆长误差及运动副间隙,分析了销轴中心在间隙圆内的分布状态,计算了三种不同类型杆的有效长度,建立了综合考虑两种误差时的槽针机构运动数学模型及可靠性计算模型;使用MATLAB优化工具箱,以各运动副间隙均值为随机设计变量,以满足机构预定可靠度和随机变量取值范围为约束条件,以各运动副间隙均值和最大为目标函数,建立了机构可靠性优化模型,使加工装配精度降到最低;通过对实例进行优化及蒙特卡罗仿真验证,验证了优化结果的正确性。 展开更多

关键词 槽针机构 间隙 可靠性 优化 MATLAB

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K418合金表面激光再制造Inconel718高温合金涂层性能研究 被引量：2

7

作者 任维彬 周金宇 +3 位作者 董世运 徐滨士 闫世兴 陈国炎 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期274-280,共7页

针对K418高温合金叶轮高温、高转数工况下形变超差大,再制造成形层力学性能降低的领域研究热点,基于波形可调制脉冲激光优化工艺,再制造Inconel718高温合金成形层。采用金相显微镜、SEM、XRD、EDS、显微硬度计对该合金涂层的显微组织形... 针对K418高温合金叶轮高温、高转数工况下形变超差大,再制造成形层力学性能降低的领域研究热点,基于波形可调制脉冲激光优化工艺,再制造Inconel718高温合金成形层。采用金相显微镜、SEM、XRD、EDS、显微硬度计对该合金涂层的显微组织形貌、相结构、界面成分分布、基本力学性能进行研究。结果表明:涂层与基体间为致密的冶金结合,涂层中部为粗大的树枝晶,与激光扫描方面成30o^45o角,由涂层中部到顶部及底部,分别退化为等轴晶和胞状晶;成形层显微硬度为4100~4400 MPa,略高于基体;晶内及晶间析出少量Laves相,减少了对成形层硬脆性的影响;摩擦磨损系数较基体略有降低,但仍符合再制造要求。 展开更多

关键词 INCONEL718合金 K418合金 激光再制造 涂层性能

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基于Hyperworks大型卷板机上梁轻量化设计 被引量：3

8

作者 吴劲松 周金宇 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第10期210-214,共5页

以某大型卷板机上梁为研究对象,建立基于Hyperworks的上梁有限元模型。首先,通过拓扑优化,根据密度云图所示的材料分布,在上梁原有筋板结构基础上改进筋板布局;再运用有限元分析方法,对上梁关键尺寸进行性能指标的灵敏度分析;利用最小... 以某大型卷板机上梁为研究对象,建立基于Hyperworks的上梁有限元模型。首先,通过拓扑优化,根据密度云图所示的材料分布,在上梁原有筋板结构基础上改进筋板布局;再运用有限元分析方法,对上梁关键尺寸进行性能指标的灵敏度分析;利用最小二乘法,得到上梁各关键尺寸变化时质量对结构刚度和强度变化影响的灵敏度;最后,利用Optistruct优化模块,建立以灵敏尺寸作为优化参数,满足结构强度、刚度和板厚度尺寸为约束,整体质量最小为目标的尺寸优化,得到最佳的尺寸配置。优化后的结构质量下降4.431吨,取得很好的优化效果。 展开更多

关键词 上梁 轻量化设计 拓扑优化 灵敏度分析 尺寸优化

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结构可靠度计算的非均匀离散化发生函数法 被引量：3

9

作者 李朴义 周金宇 马元节 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2016年第8期1207-1212,共6页

发生函数法是结构可靠性分析和多状态系统性能评估的重要工具,现有发生函数法存在计算效率低、计算精度差的问题。在发生函数法中提出非均匀离散化方法和近似项合并技术,即运用最优化方法求解安全裕度函数最危险点(最小值),以最危险点... 发生函数法是结构可靠性分析和多状态系统性能评估的重要工具,现有发生函数法存在计算效率低、计算精度差的问题。在发生函数法中提出非均匀离散化方法和近似项合并技术,即运用最优化方法求解安全裕度函数最危险点(最小值),以最危险点为中心对各变量按幂函数进行非均匀离散化,采取非等距直方图法计算各变量发生函数,检验离散效果是否达到最佳,最后计算系统可靠度值。发生函数的非均匀离散化方法在系统性能状态个数不变的情况下,提高了计算精度和效率,避免了增加系统性能状态个数带来的组合爆炸问题。新方法充分考虑了结构可靠度计算的误差形成机理和MATLAB编程的可行性,为涉及多变量非线性极限状态函数的结构可靠度快速、高效计算提供有效工具。 展开更多

关键词 可靠性 发生函数法 非均匀离散化 近似项合并

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隐式功能函数结构体可靠性拓扑优化 被引量：2

10

作者 吴劲松 周金宇 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第16期2203-2208,共6页

考虑工程实际中外载荷、材料属性等的随机不确定性对结构安全性的影响,研究了具有结构位移可靠性约束的拓扑优化设计。建立以柔度最小为目标、以单元相对密度为变量、具有材料体积分数约束和结构位移可靠性约束的拓扑优化数学模型;针对... 考虑工程实际中外载荷、材料属性等的随机不确定性对结构安全性的影响,研究了具有结构位移可靠性约束的拓扑优化设计。建立以柔度最小为目标、以单元相对密度为变量、具有材料体积分数约束和结构位移可靠性约束的拓扑优化数学模型;针对运用有限元数值计算方法时结构功能函数为隐式的情况,运用响应面法近似逼近结构真实的功能函数;利用简便高效的一次二阶矩法计算结构位移可靠度;采用内循环为确定性的拓扑优化、外循环控制结构材料体积分数的策略对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过两个算例与确定性拓扑优化结果进行比较,结果表明所提设计方法是高效可行的。 展开更多

关键词 可靠性 拓扑优化 隐式功能函数 响应面法

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废旧机床精度再制造性分析

11

作者 史荣华 周金宇 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第9期150-154,共5页

仅通过提高零部件的几何精度来提高机床的整体精度,会增加废旧机床再制造费用。如何经济合理地选择所需修复的零部件成为再制造过程中所面临的一个难题。基于多体系统理论,综合考虑机床各零部件的几何误差,提出了一种分析机床零部件修... 仅通过提高零部件的几何精度来提高机床的整体精度,会增加废旧机床再制造费用。如何经济合理地选择所需修复的零部件成为再制造过程中所面临的一个难题。基于多体系统理论,综合考虑机床各零部件的几何误差,提出了一种分析机床零部件修复优先度的方法。以卧式车床为例,运用多体系统理论方法建立卧式车床的误差模型,采用高阶无穷小为零的方法简化模型,并求出各误差的敏感度系数,最终得到废旧机床零部件修复的优先度。算例分析表明,该方法可以有效地识别出再制造机床修复优先度较高的零部件,可为废旧机床的精度再制造提供理论依据。 展开更多

关键词 再制造 机床 多体系统理论 误差建模 敏感度分析

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材料二维微结构仿真随机概率圆优化填充算法

12

作者 陈震 周金宇 《图学学报》 CSCD 北大核心 2015年第6期944-949,共6页

几何建模是影响有限元法计算材料性能精确性的主要因素之一。利用圆等简单的几何实体近似模拟离散化实体效果良好,不仅能大量简化几何计算,还能构造出误差在可接受范围内的近似模型。材料特性不仅取决于平均颗粒尺寸,受颗粒尺寸分布的... 几何建模是影响有限元法计算材料性能精确性的主要因素之一。利用圆等简单的几何实体近似模拟离散化实体效果良好,不仅能大量简化几何计算,还能构造出误差在可接受范围内的近似模型。材料特性不仅取决于平均颗粒尺寸,受颗粒尺寸分布的影响也十分显著。本文设计的随机圆填充算法保证了填充圆半径服从某一概率分布,重点分析了常规圆产生方法和依据干涉圆的干涉类型生成新圆。该算法不仅完全杜绝了圆的干涉还极大的减小了圆的相离,相对于现有的填充算法,填充度有了显著提升。 展开更多

关键词 随机半径 材料仿真 颗粒填充 有限元法

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多晶体Schmidt因子概率分析

13

作者 周金宇 朱福先 陈震 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期490-494,共5页

多晶体的Schmidt因子是结构疲劳寿命分析的重要变量。分别针对有织构和无织构多晶体,在细观尺度上建立Schmidt因子与晶粒随机欧拉角之间关系,证明取向分布一致的体心立方晶和面心立方晶在总体上具有相同的Schmidt因子,从而实现立方晶材... 多晶体的Schmidt因子是结构疲劳寿命分析的重要变量。分别针对有织构和无织构多晶体,在细观尺度上建立Schmidt因子与晶粒随机欧拉角之间关系,证明取向分布一致的体心立方晶和面心立方晶在总体上具有相同的Schmidt因子,从而实现立方晶材料Schmidt因子的细观概率建模。在算例中基于细观概率模型进行统计模拟,得到多晶体疲劳裂纹萌生区晶粒群最大Schmidt因子的概率分布,为机械结构,尤其是微机械、微机电结构的疲劳可靠性分析提供理论基础和有效工程方法。 展开更多

关键词 多晶体 疲劳寿命 Schmidt因子 概率分析

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混杂纤维复合材料汽车引擎盖结构优化设计 被引量：5

14

作者 黄继峰 周金宇 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2018年第4期76-83,共8页

以某款汽车引擎盖为例,用碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料替换金属材料,基于Opti Struct软件的复合材料优化技术,提出了多阶段联合优化设计的方法。在概念设计阶段,通过拓扑优化确定复合材料的总体分布;在详细设计阶段,通过尺寸优化确定复... 以某款汽车引擎盖为例,用碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料替换金属材料,基于Opti Struct软件的复合材料优化技术,提出了多阶段联合优化设计的方法。在概念设计阶段,通过拓扑优化确定复合材料的总体分布;在详细设计阶段,通过尺寸优化确定复合材料每种形状铺层块的具体厚度;在工艺设计阶段,通过铺层顺序优化确定最佳的铺层顺序。优化结果表明,原钢制汽车引擎盖质量为13.39 kg,在满足各种力学性能和制造工艺要求的前提下,经过多阶段联合优化设计后,复合材料汽车引擎盖质量为5.36 kg,质量减少了60%。 展开更多

关键词 复合材料 引擎盖 多阶段 优化设计

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脉冲激光熔覆成形变半径FeCrNiCu合金圆筒工艺及力学性能 被引量：2

15

作者 任维彬 曹清林 +1 位作者 庄百亮 陈世鑫 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期973-978,共6页

针对激光立体成形变半径圆筒件边部及外沿塌陷、热累积效应引起力学性能下降等增材制造难点,提出了脉冲激光成形FeCrNiCu合金圆筒件优化路径及工艺,实现了变半径圆筒结构的直接熔覆成形,验证了该结构件良好的组织构成以及力学性能。结... 针对激光立体成形变半径圆筒件边部及外沿塌陷、热累积效应引起力学性能下降等增材制造难点,提出了脉冲激光成形FeCrNiCu合金圆筒件优化路径及工艺,实现了变半径圆筒结构的直接熔覆成形,验证了该结构件良好的组织构成以及力学性能。结果表明:覆层顶部为细小致密的等轴晶组织,中部由具有定向生长趋势的树枝晶构成,底部由胞状晶构成,晶内及晶间有颗粒状Cr_(7)C_(3)型强化析出相析出。覆层显微硬度(HV)最高值为6750MPa,覆层显微硬度(HV)主要分布在5540~5760 MPa;成形层(纵向)的抗拉强度最大为1070 MPa,抗拉强度范围1010~1070 MPa;成形层(横向)的抗拉强度最大为960 MPa,抗拉强度范围780~960 MPa。覆层冲击韧性分布在511.08~727.54 kJ·m^(-2),相关力学试验验证了该结构件具有优良的力学性能。 展开更多

关键词 脉冲激光 FeCrNiCu合金 激光熔覆 力学性能

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疲劳裂纹形核寿命的细观概率模型 被引量：2

16

作者 周金宇 谢里阳 +1 位作者 朱福先 韩文钦 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期307-316,共10页

裂纹形核是结构疲劳损伤演化的初级阶段。基于Tanaka-Mura微裂纹形核机制,提出恒幅交变载荷下结构表面疲劳裂纹形核寿命的细观概率模型。设细观尺度的晶粒尺寸、晶粒取向欧拉角为随机变量,借助Schmidt因子建立细观主应力与分解切应力之... 裂纹形核是结构疲劳损伤演化的初级阶段。基于Tanaka-Mura微裂纹形核机制,提出恒幅交变载荷下结构表面疲劳裂纹形核寿命的细观概率模型。设细观尺度的晶粒尺寸、晶粒取向欧拉角为随机变量,借助Schmidt因子建立细观主应力与分解切应力之间的关系。考虑到晶粒取向随机性和紧邻晶粒影响因素,导出分解切应力变程的概率分布。进一步运用矩法和次序统计量模型获得任一晶粒中疲劳裂纹形核寿命和结构热区晶粒群多裂纹分散形核寿命的概率分布。数值算例验证了所提模型与方法的可行性和合理性。新模型在裂纹形核寿命研究中引入了细观物理参数和几何参数的概率统计信息,可为多晶体金属结构件的疲劳可靠性评估和抗疲劳概率设计开辟精细化分析的新途径。 展开更多

关键词 固体力学 疲劳 裂纹形核寿命 细观尺度 概率分析

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