小型薄板件刚度测试仪关键技术研究

论文摘要

在现代工业中,薄板件刚度的测量受到了越来越多的关注。但是,目前所进行的薄板件刚度测量大都是在抗凹试验机上进行的抗凹刚度测量。而且,现有的刚度测试装置普遍是大型框架式结构,无法广泛应用于实际生产的现场测量中。针对上述问题,开发研制了一套小型薄板件刚度测试仪。本文通过刚度测量试验,找到适合的刚度评价指标,并以此为指导设计一个小型薄板件刚度测试仪器,通过对仪器机械部分进行结构仿真及从机座到末端测头的仪器系统误差进行分析,为仪器的优化及稳定测量提供了一定的理论依据。采用扁壳类零件进行变形刚度的试验研究,通过分析试验结果,确定了本仪器采用载荷-挠度曲线初始点斜率为薄板件刚度评价指标。基于上述理论提出了刚度测试仪的设计方案,并对其机械部分的总体设计原理及加载机构的设计进行了详细介绍。对刚度测试仪机架结构进行了刚度模拟计算,分析过程应用有限元软件ANSYS来实现,目的在于使机架在满足一定强度和刚度的条件下,通过机架几何尺寸的优化使机架所用的材料最少。采用D-H方法,建立了测试仪末端测头中心相对于机座参考坐标系测量运动数学模型,在此基础上,运用矩阵全微分法建立误差模型,并采用计算机仿真的方法对误差模型进行了仿真。该误差模型的建立与仿真,对于提高测试仪精度具有十分重要的作用。本设计的优点在于:测量系统体积小,便于携带,可用于不同场所的刚度测量实验。计算机通过PLC控制步进电机运行,工作稳定、可靠;曲线拟合采用最小二乘法,拟合精度高;人机交互界面清晰,操作简单。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 薄板件刚度研究的相关发展
• 1.2.1 刚度的概念
• 1.2.2 刚度的表示方式
• 1.2.3 影响刚度的因素
• 1.3 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.4 课题的来源、研究的目的及主要研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题的意义
• 1.4.3 课题主要的研究内容
• 第2章 测试仪刚度评价指标及其设计原理的研究
• 2.1 引言
• 2.2 刚度的评价指标
• 2.3 刚性测量试验
• 2.3.1 试验所用材料的牌号及其力学性能
• 2.3.2 刚性试验方案
• 2.3.3 四种评价方法的分析
• 2.3.4 始点斜率法
• 2.4 刚度测试仪机械部分总体设计原理
• 2.4.1 设计方案的确定
• 2.4.2 机械部分总体设计原理
• 2.4.3 仪器动作原理
• 2.5 刚度测试仪加载机构设计
• 2.5.1 摆动箱体组合设计
• 2.5.2 加载箱体组合设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 测试仪机架刚度有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 有限元方法简介
• 3.2.1 有限元方法的基本原理
• 3.2.2 空间弹性问题的基本方程
• 3.2.3 空间问题的有限元法
• 3.2.4 有限元分析问题的基本流程
• 3.3 机架有限元模型的建立
• 3.3.1 机架的系统描述
• 3.3.2 建模前机架结构的简化
• 3.3.3 前处理
• 3.3.4 施加载荷和边界条件的处理
• 3.3.5 求解
• 3.4 机架的静刚度分析
• 3.4.1 受力与变形分析
• 3.4.2 有限元分析与实际设计的比较
• 3.5 机架结构的优化设计
• 3.5.1 优化设计的过程与步骤
• 3.5.2 结构优化的数学模型
• 3.5.3 优化设计结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 刚度测试仪误差建模与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 测试仪构成与原理
• 4.3 测试仪测量误差建模
• 4.3.1 D-H 方法介绍
• 4.3.2 运动学模型
• 4.3.3 误差模型建立
• 4.4 误差模型仿真
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢