力学环境约束下剪切销可靠性分析及优化设计
《材料力学》04剪挤
03
温度与环境
温度和环境因素如腐蚀介质等也可能对剪切和挤压强度产生影响。例如，
高温下材料的力学性能会发生变化，可能导致强度降低；而腐蚀介质则
可能加速材料的破坏过程。
安全系数选取原则
安全系数定义
安全系数是指在设计过程中为保证结构或构件具有足够的安全储备而引入的一个大于1的 系数。通过将计算得到的应力或载荷除以安全系数，可以得到许用应力或设计载荷。
热处理工艺优化
淬火处理
表面强化处理
通过淬火处理可以提高材料的硬度和 强度，从而提高其抗剪挤能力。
通过表面渗碳、渗氮等强化处理，可 以提高材料表面的硬度和耐磨性，从 而提高其抗剪挤能力。
回火处理
回火处理可以消除淬火过程中产生的 内应力，提高材料的韧性和塑性，避 免在剪挤过程中发生脆性断裂。
表面处理技术应用
避免了剪挤破坏的发生。
05 剪切与挤压强度计算及评 估方法
强度计算公式介绍
剪切强度计算公式
通常使用剪切应力与材料许用剪切应力进行比较，以确定材料是否会发生剪切破坏。 剪切应力计算公式一般为τ=F/A，其中F为剪切力，A为受剪面积。
挤压强度计算公式
挤压强度是指材料在受到挤压作用时所能承受的最大应力。挤压应力计算公式一般 为σ=F/A，其中F为挤压力，A为受挤面积。需要注意的是，挤压作用通常发生在局 部区域，因此受挤面积应取实际接触面积。
将试样安装在试验机上，调整夹具和引伸 计的位置，确保测量准确。
加载与卸载
重复实验
按照实验方案对试样施加剪切或挤压载荷 ，记录加载过程中的变形和破坏情况，卸 载后观察试样的残余变形。
为了获得更准确的结果，需要对同一批试样 进行多次重复实验。
数据处理与结果分析
机械结构的优化设计与可靠性分析
机械结构的优化设计与可靠性分析引言机械结构是机械产品的重要组成部分，其设计质量直接影响着产品的性能和可靠性。
因此，在机械工程领域中，优化设计和可靠性分析是两个重要的研究方向。
本文将探讨机械结构的优化设计和可靠性分析的方法与应用。
一、机械结构的优化设计机械结构的优化设计是为了提高结构的性能和降低成本。
优化设计可以分为参数优化和拓扑优化两个方面。
1. 参数优化参数优化是通过调整结构的设计参数来达到优化设计的目的。
常见的参数包括材料的选择、几何尺寸、连接方式等。
优化设计的方法主要有试验设计法、正交设计法和响应面法等。
通过这些方法，可以全面考虑各个参数之间的相互作用，提高设计的效率和准确度。
2. 拓扑优化拓扑优化是通过改变结构的形状和布局来达到优化设计的目的。
常见的拓扑优化方法包括遗传算法、粒子群算法和拓扑组合优化算法等。
通过这些方法，可以自动生成满足设计要求的结构形状，并且在形状和布局方面进行优化，以提高结构的性能。
二、机械结构的可靠性分析机械结构的可靠性分析是为了评估结构在使用过程中的可靠性和安全性。
可靠性分析可以分为静态可靠性分析和动态可靠性分析两个方面。
1. 静态可靠性分析静态可靠性分析是在给定荷载条件下，评估结构在一定寿命内不发生失效的概率。
静态可靠性分析可以通过概率统计方法、有限元法和可靠性索引方法等进行。
通过这些方法，可以评估结构在设计寿命内的可靠性，并且提供对结构进行改进的建议。
2. 动态可靠性分析动态可靠性分析是在结构受到外界荷载变化时，评估结构在一定时间内不发生失效的概率。
动态可靠性分析可以通过随机振动分析和动力有限元分析等进行。
通过这些方法，可以考虑结构在振动和冲击等动态荷载下的可靠性，并且提供对结构进行抗震和抗冲击改进的建议。
结论机械结构的优化设计和可靠性分析是机械工程领域中的重要研究方向。
通过优化设计，可以提高结构的性能和降低成本；通过可靠性分析，可以评估结构的可靠性和安全性。
剪叉机构的疲劳寿命分析及结构优化
剪叉机构的疲劳寿命分析及结构优化赵海霞 王玉民 赵 晓青岛科技大学机电工程学院 青岛 266061摘 要：疲劳失效是剪叉机构主要失效方式之一，根据剪叉机构高周疲劳的特性，选择名义应力法对剪叉机构的疲劳寿命进行评估，建立剪叉机构的数学模型，基于子模型思想，对危险构件进行隔离分析，得到剪叉框架的最小疲劳寿命和最小安全系数的区域，进行结构优化，保证剪叉机构在设计寿命内安全运行。
Abstract: Fatigue failure is one of the main failure modes of scissors mechanism. Considering high-cycle fatigue is characteristic of scissors mechanism, nominal stress method is used to evaluate its fatigue life. A mathematical model is established, and hazardous components are subject to isolation analysis based on sub-model idea, obtaining the area of the minimum fatigue life and minimum safety factor. Moreover, its structure is optimized to ensure safe operation within design life.关键词：剪叉机构；疲劳失效；名义应力法；子模型；优化Keywords: scissors mechanism; fatigue failure; nominal stress method; sub-model; optimization 中图分类号：TH211＋.6 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2018）07-0104-050 引言疲劳失效是剪叉机构主要失效方式之一，对剪叉机构的寿命研究是保证剪叉机构在设计寿命内可以正常工作，即不能因受交变载荷导致疲劳损伤而失效；当达到设计寿命时才开始逐步失效，即充分利用剪叉机构材料的使用性能。
包装应用力学知识点总结
包装应用力学知识点总结一、前言包装是指为了保护商品，便于储运和销售而在商品外包面上进行的包覆和封装。
包装应用力学是研究包装材料、包装结构在储运和使用过程中所受的力学作用及其相互关系的学科。
包装应用力学知识点总结旨在全面了解并掌握包装应用力学的基本知识，为包装设计和包装工程解决实际问题提供理论依据。
二、包装应用力学基础知识1. 包装应用力学概述包装应用力学是力学的一个分支，主要涉及包装材料在受力状态下的变形、破坏和保护等问题。
它主要包括静力学、动力学和弹性力学等内容。
包装应用力学的研究对象是包装材料及包装结构在储运和使用中的受力状态以及力学特性。
2. 包装材料的力学性能包装材料的力学性能主要包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、撕裂强度等。
这些力学性能指标直接影响包装材料的使用效果和抗力水平，对包装的质量和安全性起着至关重要的作用。
3. 包装结构的力学分析包装结构的力学分析主要包括包装箱、包装袋、包装板等结构在受力状态下的变形和破坏分析。
通过力学分析，可以优化包装结构设计，减少包装材料的使用和提高包装的保护性能，降低包装成本。
三、包装材料的应力分析1. 包装材料的受力状态在包装运输和使用过程中，包装材料会受到拉伸、挤压、弯曲、撕裂等多种复杂力学作用。
包装材料受力状态的分析是包装应用力学的基础。
2. 包装材料的受力规律包装材料的受力规律包括应力、应变、库仑摩擦力、剪切力等。
了解包装材料的受力规律有助于准确预测包装的抗力水平和破坏形式，为包装设计和包装工程提供理论依据。
3. 包装材料的抗拉、抗压、抗弯、抗撕强度包装材料的抗拉、抗压、抗弯、抗撕强度是包装材料抗力能力的重要指标。
相关测试和分析可以全面评估包装材料的力学性能和使用寿命。
四、包装结构的力学分析1. 包装箱的力学分析包装箱在运输和使用过程中会受到外部压力和冲击力的作用，需要进行力学分析，确定合理的结构设计和材料选用，确保包装箱的质量和安全性。
2. 包装袋的力学分析包装袋在运输和使用过程中会受到拉伸、挤压、撕裂等力学作用，需要进行力学分析，确定合理的结构设计和材料厚度，保证包装袋的承载力和密封性。
基于正交试验的850吨冷剪机剪切失效机理分析及其优化设计
第３５卷第４期中国机械工程V o l ．３５㊀N o ．４２０２４年４月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．７５２Ｇ７５９基于正交试验的８５０吨冷剪机剪切失效机理分析及其优化设计祁瑁富１㊀孙远韬２㊀田春雷１㊀冯嘉琪３１．中船澄西船舶修造有限公司,江阴,２１４４００２．同济大学机械与能源工程学院,上海,２０１８０４３．辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,葫芦岛,１２５０００摘要:以减小８５０吨冷剪机剪切力为研究目的,从冷剪机剪切机理及特点出发,采用正交试验法分析剪切间隙㊁剪刃倾角㊁剪切速度㊁剪刃刀面宽度及剪刃重叠量等参数对剪切力的影响,分别以方差㊁极差及显著性作为影响因素的指标,并对其进行优先级排序,进而优化剪切参数,减小剪切力.优化剪切参数前后的冷剪机现场试验表明,优化前后冷剪机剪切力的实测值与仿真值误差均在５％以内,仿真结果可靠.采用优化后的剪切参数,冷剪机剪切相同规格钢筋时,上剪刃最大剪切力减小了５．８４k N ,减小约１３％,下剪刃最大剪切力减小了４．７７k N ,减小约９．７％.经车间反馈,使用优化后的剪切参数可大幅延长冷剪机剪刃崩刃和磨损的周期,增长剪刃寿命和提高剪切效率.该研究对提高设备经济性和生产效率具有重要意义,可应用于同类型冷剪机的工程设计.关键词:冷剪机;剪切力;正交试验;剪切参数;剪刃寿命中图分类号:T B ２４D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２４．０４．０１８开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):S h e a rF a i l u r eM e c h a n i s m A n a l y s i s a n dO p t i m u m D e s i gno f ８５０T o nC o l d S h e a rB a s e do nO r t h o go n a l T e s t Q IM a o f u １㊀S U N Y u a n t a o ２㊀T I A N C h u n l e i １㊀F E N GJ i a qi ３１．C h e n g x i S h i p y a r dC o ．,L t d ．,J i a n g y i n ,J i a n g s u ,２１４４００２．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,T o n g j iU n i v e r s i t y ,S h a n g h a i ,２０１８０４３．S c h o o l o fE l e c t r i c a l a n dC o n t r o l E n g i n e e r i n g ,L i a o n i n g T e c h n i c a lU n i v e r s i t y ,H u l u d a o ,L i a o n i n g,１２５０００A b s t r a c t :I no r d e r t o r e d u c e t h e s h e a r f o r c eo f ８５０t o nc o l ds h e a r s ,t h e s h e a r i n g me c h a n i s ma n d c h a r a c t e r i s t i c s of t h e c o l d s h e a rw e r e s t u d i e d ,t h e e f f e c t s o f s h e a r p a r a m e t e r s s u c h a s s h e a r c l e a r a n c e,b l a d e i n c l i n a t i o n ,s h e a r v e l o c i t y ,b l a d ew i d t ha n db l a d eo v e r l a p o ns h e a r f o r c ew e r ea n a l y z e db y or Ｇt h o g o n a l t e s t ．V a r i a n c e ,r a n g ea n ds i g n i f i c a n c ew e r eu s e da s t h e i n d e x e so f i n f l u e n c i n g fa c t o r s ,a n d t h e p r i o r i t y o f t h e m w e r e g i v e n t oo p t i m i z e t h e s h e a r p a r a m e t e r s a n d r e d u c e t h e s h e a r f o r c e ．T h e e x Ｇp e r i m e n t a l v e r i f i c a t i o no f t h ec o l ds h e a rb e f o r ea n da f t e r t h eo p t i m i z a t i o no f s h e a r p a r a m e t e r sw e r ec a r r i ed o u t i n t h ew o r k s h o p sw h i c h s h o wt h a t t he e r r o r s b e t w e e n t h em e a s u r e d a n d s i m u l a t e d v a l u e s of t h e s h e a r f o r c e o f t h e c o l d s h e a r b e f o r e a n d a f t e r o p t i m i z a t i o nw e r ew i t h i n ５％,w h i c hv e r i f i e s t h e r e l i Ｇa b i l i t y o f t h e s i m u l a t i o na n a l y s i s ．B y s e t t i ng th e o p ti m a l s h e a r p a r a m e t e r s a n d s h e a r i n gt h e s a m e s t e e l b a r ,t h em a x i m u ms h e a r f o r c e o f t h e u p p e r s h e a r b l a d e i s r e d u c e db y ５．８４k N ,a b o u t １３％．T h em a x i Ｇm u ms h e a r f o r c e o f t h e l o w e r s h e a r b l a d e i s r e d u c e db y ４．７７k N ,a b o u t ９．７％．F e e d b a c k s f r o m w o r k Ｇs h o p s s h o wt h a t t h e o p t i m i z a t i o n g r e a t l yp r o l o n g s t h e p e r i o do f b l a d eb r o k e na n db l u n t a n d i m p r o v e s t h e b l a d e l i f e a n d s h e a r i n g e f f i c i e n c y ．T h e r e s u l t s a r e o f g r e a t s i g n i f i c a n c e f o r i m p r o v i n g t h e e c o n o m ya n d p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y o f t h e e q u i p m e n t ,a n dm a yb e a p p l i e d t o t h e e n g i n e e r i n g d e s i gno f t h e s a m e t y pe of c o l d s h e a r s ．K e y wo r d s :c o l d s h e a r ;s h e a r f o r c e ;o r t h o g o n a l t e s t ;s h e a r p a r a m e t e r ;b l a d e l i f e 收稿日期:２０２３０８２７０㊀引言随着中国钢铁产业的进步和国内基础设施规模逐步扩大,以特种钢铁为代表的高强度钢正迅猛发展[１].然而,高强度特种钢材的不断发展,造成钢材加工难度日益飙升,对成形钢材剪切机工作能耗㊁工作效率等提出更高要求.２５７目前流行的钢材剪切设备的性能已不能满足生产需要,需对其进行深入研究,以实现更低的能耗和更高的效率[２].例如,８５０吨冷剪机被广泛应用于建筑㊁冶金㊁船舶等钢材加工领域,并主要对生产线上的棒材等工件进行切头㊁切尾㊁定尺剪裁等加工,以满足后续产品的规格要求,在轧制工艺中起着重要作用[３Ｇ４].由于生产过程中冷剪机工作载荷较大,故常出现剪刃崩刃和磨钝过快的现象,严重影响剪刃寿命和剪切效率.因此,无论从促进冷剪机更新升级的角度,还是从经济性的角度,深入研究优化剪切参数㊁减小冷剪机剪切力以延长剪刃寿命,都具有重要意义.目前,对剪切机的研究主要停留在剪切过程和个别剪切参数对剪切力影响等方面.文献[５]基于有限元法仿真剪切机剪切铜板过程,获取了铜板剪切力变化规律,通过对比实测剪切力的值,验证了仿真的准确性.文献[６]深入研究了钢筋剪切过程,发现剪切机剪切力随剪切速度的提高而减小,可通过提高剪切速度㊁减小剪切力来延长剪刃使用寿命.文献[７]基于圆盘剪切机现场剪切实验发现,剪切间隙是剪刃寿命的主要影响因素,通过优化剪切间隙和其他因素,将剪刃寿命延长了２７％.文献[８]基于有限元法和实验法研究发现,钢筋剪切机的剪切力随着剪刃倾角的增大而减小,优化剪刃倾角可改善剪刃受力情况,为剪切机设计提供理论依据.文献[９]基于切边剪剪切机理和材料断裂理论发现,重叠量也是影响剪刃寿命的主要因素之一,通过选用小重叠量来改善剪切质量和剪刃寿命.科研人员不断深入研究影响剪切机剪刃的失效因素,但研究方法较为单一,缺乏系统性的研究分析.本文采用正交试验法全面研究影响剪刃失效的影响因素,基于有限元仿真优化和现场实验对比的方法,探究最优的剪切参数,从而延长剪刃寿命.１㊀冷剪机剪切机理及其剪切力性能分析１．１㊀冷剪机剪切机理图１所示为一种广泛应用于钢筋剪切且结合传动系统㊁剪切机构㊁离合机构㊁平衡装置和机架等部件为一身的冷剪机,它的优点在于可以进行快速换刀.机架下面装有下刀台,为了方便运行,在与机架接触的部位安装滑板,利用剪切机中夹紧油缸在机架上固定下刀台位置.上刀台包含上刀台和上刀台连杆垫块,换刀时可将上刀台和下刀台同时取出.由于压紧油缸可固定刀台位置,１．机架㊀２．曲轴㊀３．上刀台平衡油缸(传动侧)４．上刀台平衡油缸(操作侧)㊀５．压板装置６．上刀台行程扩大装置㊀７．连杆㊀８．上刀台压紧油缸９．上刀台连杆垫块㊀１０．上刀台主体㊀１１．下刀台１２．下刀台夹紧油缸㊀１３．下横梁图１㊀上切式平行刃冷剪机F i g．１㊀U p p e r s h e a r i n gp a r a l l e l b l a d e c o l d s h e a r因此换刀方便.图２和图３所示分别为冷剪机传动系统和剪切原理,传动机构由曲柄连杆机构组成.当冷剪机进行剪切工作时,电机驱动曲柄旋转,在曲柄驱动作用下,上剪刃以匀速状态沿竖直方向对钢筋进行剪切,下剪刃固定不动,直至切断钢筋.冷剪机通过与驱动电机相连接的调速器来调节电机转速,从而改变曲柄的旋转速度,实现剪切速度的控制.图２㊀冷剪机传动系统F i g．２㊀C o l d s h e a r t r a n s m i s s i o n s y s t e m １．２㊀冷剪机工作过程１．２．１㊀切入阶段图４所示为８５０吨冷剪机剪切螺纹钢筋时剪３５７基于正交试验的８５０吨冷剪机剪切失效机理分析及其优化设计 祁瑁富㊀孙远韬㊀田春雷图３㊀冷剪机剪切原理F i g ．３㊀S h e a r p r i n c i pl e o f c o l d s h e a r 刃受力情况,钢筋剪切断面所受剪切力小于自身抗剪能力,钢筋的剪切区域只出现局部压缩现象,此时为切入阶段,随着剪切继续进行,下剪刃与上剪刃对被剪钢筋形成作用力P 和力矩T １＝P a ;上剪刃和下剪刃侧面会对钢筋形成力T 和力矩T ２＝T c .钢筋转动角逐渐增大,直到T １和T ２平衡时停止转动,此时P a ＝T c(１)图４㊀剪刃剪切过程受力分析F i g ．４㊀F o r c e a n a l y s i s o f s h e a r i n gpr o c e s s o f t h e s h e a rb l a d e假设剪刃与金属在b x 和０．５z x 的接触面(图４)上的单位压力是均匀分布且相等的,则有P b x ＝T０．５z x(２)式中,x 为钢筋切入宽度,m ;b 为断面宽度,m ;z 为剪刃切入深度,m .由式(２)可知T ＝P０．５zb＝Pt a n γ(３)由图４的几何关系可知a ≅b ＝０．５z t a n γ(４)c ＝hc o s γ－０．５z (５)将式(３)~式(５)代入式(１),可得剪刃转角γ与切入深度z 的关系如下:t a n γ＝z２h(６)式中,h 为截面高度,m .由式(６)可知,剪刃切入深度z 越大,转动角度γ就越大,侧向推力T 就越大.在剪刃切入阶段,剪切力计算如下:P ＝p b x ＝p x０．５zt a n γ(７)式中,p 为单位压力,P a .将式(６)代入式(７)可得P ＝p x ０．５z h(８)以ε表示相对切入深度,则ε＝z h(９)将式(９)代入式(８)可得P ＝p x h ０．５ε(１０)１．２．２㊀滑移阶段剪切继续进行,钢筋进入塑性滑移阶段,该阶段剪切力由下式计算:P ＝τb (hc o s γ－z )(１１)式中,τ为单位剪切阻力,P a.P 与相对切入深度ε的关系如图５所示,由式(１０)可知,在剪切初期阶段,剪切力P 与相对切入深度ε几乎成正比关系.在整个剪切过程中,单位剪切阻力τ随相对切入深度ε的增大而减小,又结合式(１１)可知,钢筋进入滑移阶段后,剪切力P 随着相对切入深度ε的增大而减小,直至钢筋断裂后,剪切力为零.图５㊀剪切力与相对切入深度的关系F i g ．５㊀R e l a t i o n s h i p be t w e e n s h e a rf o r c e a n d r e l a t i v e s h e a r d e pt h １．３㊀冷剪机剪切力计算８５０吨冷剪机在剪切螺纹钢筋时,其最大剪切力为[１０]P m a x ＝０．６K １A σb(１２)其中,A 为钢筋截面面积,mm ２;σb 为钢筋强度极限,M P a .K １根据剪切机的剪切能力进行选取:对于小型剪切机(P ＜１．６MN ),K ＝１．３;对于中４５７ 中国机械工程第３５卷第４期２０２４年４月型剪切机(P＝２．５~８．０MN),K＝１．２;对于大型剪切机(P＞１０MN),K＝１．１.２㊀冷剪机剪切过程仿真分析２．１㊀冷剪机剪刃失效形式某厂加工车间８５０吨冷剪机由于工作载荷较大,出现较为严重的剪刃失效现象,如图６所示.图６㊀剪刃磨钝和崩刃图F i g．６㊀B l u n t a n d b r o k e n e d g e s o f s h e a rb l a d e因该冷剪机剪切的H R B４００螺纹钢筋直径为１２mm,材料强度极限为５７０M P a,且该８５０吨冷剪机属于中型剪切机,故选取K＝１．２,其最大剪切力为P m a x＝０．６ˑ１．２ˑπˑ１２２ˑ５７０４ʈ４６．４k N ２．２㊀建立剪切模型冷剪机剪切钢筋过程建模主要包括上剪刃㊁钢筋和下剪刃三个部分,该厂加工车间的８５０吨冷剪机为平行刃剪切机,且剪刃与刃口所在平面有一定夹角,建立钢筋剪切模型如图７所示.其中剪刃材料为H１３钢,钢筋材料为H R B４００,具体参数如表１所示.该冷剪机现场实际应用的剪切参数如表２所示.图７㊀三维剪切模型F i g．７㊀３Ds h e a rm o d e l表１㊀材料参数T a b．１㊀M a t e r i a l p a r a m e t e r s材料H R B４００H１３密度ρ(k g m３)７８５０７８５０弹性模量E(G P a)１９８２１０泊松比μ０．３０．３屈服应力σ０(M P a)４００－切线模量E t a n(M P a)４３０－硬化参数β１－失效应变０．２７－表２㊀冷剪机实际剪切参数T a b．２㊀A c t u a l s h e a r p a r a m e t e r s o f c o l d s h e a r剪切间隙(mm)０．３剪刃倾角(ʎ)７剪切速度(mm/s)３７剪刃刀面宽度(mm)５剪刃重叠量(mm)３㊀㊀在A N S Y SL SＧD Y N A中完成冷剪机剪切模型的单元类型选择㊁材料设定㊁约束㊁接触㊁载荷以及初始条件施加后,控制其仿真时间和输出文件的类型,设置完成后进行求解.２．３㊀有限元分析结果冷剪机上下剪刃剪切力曲线如图８所示,上剪刃最大剪切力为４８．６k N,下剪刃最大剪切力为５２k N.由上述理论计算可知,上剪刃最大剪切力的理论值为４６．４k N,仿真值与理论值误差仅４．７％,说明仿真结果可信.图８㊀剪切力曲线F i g．８㊀C u r v e o f s h e a r f o r c e３㊀基于正交试验的影响因素优化分析基于前人研究结果和冷剪机实际剪切经验可知,造成冷剪机剪刃失效的因素主要有剪切间隙㊁剪切速度㊁剪刃倾角㊁剪刃重叠量和剪刃刀面宽度,且各影响因素数值的微小变化均对剪切力影响较大,因此,本文采用正交试验法系统研究影响剪刃失效的５种因素,通过对其进行优化分析来延长剪刃寿命.３．１㊀试验因素和试验水平在正交试验中,基于正交表制定与冷剪机剪切力相关的５个影响因素.因为各影响因素数值变化对剪切力影响较大,故以保证设备操作安全５５７基于正交试验的８５０吨冷剪机剪切失效机理分析及其优化设计 祁瑁富㊀孙远韬㊀田春雷性为前提,每个影响因素就近设５个水平,具体如表３所示.表３㊀因素水平表T a b．３㊀F a c t o r l e v e l t a b l e水平影响因素剪切间隙(mm)剪刃倾角(ʎ)剪切速度(mm/s)剪刃刀面宽度(mm)剪刃重叠量(mm) A B C D E１０．３５２７３１２０．４６３７４２３０．５７４７５３４０．６８５７６４５０．７９６７７５㊀㊀根据五因素五水平,选用L２５(５６)正交表,空余列F作为误差列,以上下剪刃剪切力作为试验指标,则正交试验设计和试验指标的仿真结果如表４所示.表４㊀正交试验设计和试验结果T a b．４㊀O r t h o g o n a l t e s t d e s i g na n d i n d i c a t o r r e s u l t s编号j因素试验结果A B C D E F上剪刃剪切力(k N)下剪刃剪切力(k N)１１１１１１１４６．５５０．４２１２２２２２４６．２５０．３３１３３３３３４６．６５０．８４１４４４４４４７．８５２．６５１５５５５５４６．７５０．９６２１２３４５４７．５５１．６７２２３４５１４７．６５１．４８２３４５１２４６．１５０．８９２４５１２３４７．１５０．３１０２５１２３４４６．５５０．８１１３１３５２４４７．６５２．１１２３２４１３５４３．１４７．５１３３３５２４１４３．９４７．３１４３４１３５２４４．９４９．８１５３５２４１３４４．８４９．０１６４１４２５３４５．０５０．２１７４２５３１４４４．３４８．５１８４３１４２５４５．８５０．５１９４４２５３１４５．９５０．３２０４５３１４２４７．３５１．１２１５１５４３２４６．５５０．９２２５２１５４３４４．７４９．１２３５３２１５４４３．６４７．８２４５４３２１５４７．０５０．７２５５５４３２１４５．７５１．２㊀㊀由上述正交试验表直观分析可知,上下剪刃受剪切力均较小的较优剪切参数方案为A３B２C４D１E３和A３B３C５D２E４.当剪切参数为A３B２C４D１E３时,上剪刃受剪切力为４３．１k N,下剪刃受剪切力为４７．５k N.当剪切参数为A３B３C５D２E４时,上剪刃受剪切力为４３．９k N,下剪刃受剪切力为４７．３k N.３．２㊀正交试验结果的极差分析对上述影响因素的正交试验结果进行极差分析,极差数值越大,则该因素对试验结果影响越大[１１].冷剪机上下剪刃剪切力的极差分析结果如表５与表６所示.其中K i(因素指标,i＝１,２,３,４,５)为表４中任一列因素的水平号为j时所对应的试验结果之和;k i为因素指标平均值,k i＝K i/s,s 为任一因素列上各水平号的出现次数;R为因素极差值,R＝m a x(k１,k２,k３,k４,k５)－m i n(k１, k２,k３,k４,k５).表５㊀上剪刃剪切力极差分析T a b．５㊀R a n g e a n a l y s i s o f s h e a r f o r c e o f t h e u p p e rs h e a r i n g b l a d e因素A B C D E FK１２３３．８２３３．１２２８．４２２７．６２２８．７２２９．６K２２３４．８２２５．９２２８．０２２８．６２３２．４２３１．０K３２２４．３２２６．０２３６．１２２９．０２２８．６２２８．２K４２２８．３２３２．７２２７．７２３２．５２３１．２２２９．８K５２２７．５２３１．０２２８．５２３１．０２２７．８２３０．１k１４６．７６４６．６２４５．６８４５．５２４５．７４４５．９２k２４６．９６４５．１８４５．６０４５．７２４６．４８４６．２０k３４４．８６４５．２０４７．２２４５．８０４５．７２４５．６４k４４５．６６４６．５４４５．５４４６．５０４６．２４４５．９６k５４５．５０４６．２０４５．７０４６．２０４５．５６４６．０２极差R２．１０１．４４１．６８０．９８０．９２０．５６表６㊀下剪刃剪切力极差分析T a b．６㊀R a n g e a n a l y s i s o f s h e a r f o r c e o f t h e l o w e rs h e a r i n g b l a d e因素A B C D E FK１２５５．０２５５．２２５０．６２４７．１２４９．４２５０．６K２２５４．９２４６．８２４９．０２４９．３２５４．４２５２．９K３２４５．７２４７．２２５６．１２５１．９２５０．３２４９．４K４２５０．６２５３．７２５２．３２５４．４２５１．７２５１．８K５２４９．７２５３．０２４７．９２５３．２２５０．１２５１．２k１５１．００５１．０４５０．１２４９．４２４９．８８５０．１２k２５０．９８４９．３６４９．８０４９．８６５０．８８５０．５８k３４９．１４４９．４４５１．２２５０．３８５０．０６４９．８８k４５０．１２５０．７４５０．４６５０．８８５０．３４５０．３６k５４９．９４５０．６０４９．５８５０．６４５０．０２５０．２４极差R１．８６１．６８１．６４１．４６１．０００．７０㊀㊀为直观地反映各试验因素对试验指标的影响趋势,将各试验因素水平设为横坐标,试验因素指标平均值设为纵坐标,得到各个试验因素与试验指标的对应关系,如图９所示.由表５和图９可知,冷剪机剪切钢筋过程中,上剪刃剪切力与各因素水平的极差大小顺序为: A＞C＞B＞D＞E,则对上剪刃剪切力的影响顺序由大到小为:剪切间隙㊁剪切速度㊁剪刃倾角㊁剪刃刀面宽度和剪刃重叠量.又因冷剪机剪切时,剪６５７中国机械工程第３５卷第４期２０２４年４月图９㊀上剪刃剪切力与各因素水平趋势图F i g．９㊀S h e a r f o r c e o f t h e u p p e r s h e a r b l a d e a n dh o r i z o n t a l t r e n do f v a r i o u s f a c t o r s刃剪切力越小越好,因此上剪刃剪切力的最优方案为A３B２C４D１E５.与上述方法相同,得到下剪刃各个试验因素与试验指标的对应关系如图１０所示.图１０㊀下剪刃剪切力与各因素水平趋势图F i g．１０㊀S h e a r f o r c e o f t h e l o w e r s h e a r b l a d e a n dh o r i z o n t a l t r e n do f v a r i o u s f a c t o r s由表６和图１０可知,下剪刃剪切力与各因素水平的极差大小顺序为:A＞B＞C＞D＞E,则对下剪刃剪切力的影响顺序由大到小为:剪切间隙㊁剪刃倾角㊁剪切速度㊁剪刃刀面宽度和剪刃重叠量.剪切时剪刃剪切力越小越好,因此下剪刃剪切力的最优方案为A３B２C５D１E１.３．３㊀正交试验结果的方差分析基于以上数据,对冷剪机上下剪刃剪切力进行方差分析,结果如表７和表８所示.表７㊀上剪刃剪切力方差分析T a b．７㊀V a r i a n c e a n a l y s i s o f s h e a r f o r c e o f t h e u p p e rs h e a r i n g b l a d e方差来源离差自由度均方F值显著性A１５．７５４４３．９３９１９．１５７ɿB１０．０７４４２．５１９１２．２５ɿC１０．１９４４２．５４９１２．３９６ɿD３．１２６４０．７８２３．８０２E３．０７０４０．７６８３．７３３误差０．８２２４０．２０６表８㊀下剪刃剪切力方差分析T a b．８㊀V a r i a n c e a n a l y s i s o f s h e a r f o r c e o f t h e l o w e rs h e a r i n g b l a d e方差来源离差自由度均方F值显著性A１２．１９８４３．０４９８．９０６ɿB１２．１７０４３．０４２８．８８６ɿC８．２６２４２．０６５６．０３２D７．０３０４１．７５７５．１３３E３．１５０４０．７８７２．３０误差１．３７０４０．３４２㊀㊀由表７上剪刃剪切力的方差分析可知,剪切间隙㊁剪刃倾角和剪切速度对上剪刃剪切力有显著性影响,优化时应重点考虑.由表８下剪刃剪切力的方差分析可知,剪切间隙和剪刃倾角对下剪刃剪切力有显著性影响,优化时应重点考虑.４㊀８５０吨冷剪机的剪切试验由正文试验指标结果的极差分析及方差分析得出,因素A㊁B㊁C对上剪刃剪切力有显著性影响,因素A㊁B对下剪刃剪切力有显著性影响,且剪切过程中,使上剪刃受剪切力最小的剪切参数为A３B２C４D１E５,使下剪刃受剪切力最小的剪切参数为A３B２C５D１E１.基于正交试验直观分析,上下剪刃受剪切力均较小的较优剪切参数方案为A３B２C４D１E３和A３B３C５D２E４.综合考虑上下剪刃受剪切力情况,为获取使得上下剪刃受剪切力均最小的最优剪切参数,对初始剪切参数和上述４组剪切参数分别进行现场剪切试验.试验所用冷剪机为某企业加工车间的８５０吨冷剪机.将电阻应变片贴在冷剪机剪刃上,剪切时电阻应变片的变形和剪刃上的变形一致,随后电阻应变片将变形转换为电阻变化,再基于电桥转换成电压信号,最后通过计算得出剪切钢筋时上下剪刃的最大剪切力.进行剪切试验时,冷剪机的剪切参数设定如表９所示.表９㊀剪切试验的剪切参数T a b．９㊀S h e a r p a r a m e t e r s f o r s h e a r e x p e r i m e n t s剪切参数剪切间隙(mm)剪刃倾角(ʎ)剪切速度(mm/s)剪刃刀面宽度(mm)剪刃重叠量(mm)初始剪切参数０．３７３７５３A３B２C４D１E３(１２组)０．５６５７３３A３B３C５D２E４(１３组)０．５７６７４４A３B２C４D１E５０．５６５７３５A３B２C５D１E１０．５６６７３１㊀㊀加工车间剪切试验用冷剪机如图１１所示.表１０所示为冷剪机剪切相同规格钢筋时,剪７５７基于正交试验的８５０吨冷剪机剪切失效机理分析及其优化设计 祁瑁富㊀孙远韬㊀田春雷图１１㊀８５０吨冷剪机剪切试验F i g．１１㊀S h e a r e x p e r i m e n t s o f８５０t o n c o l d s h e a r切力实测值和仿真值对比,其中,实测数据是相同剪切参数下５次剪切试验的平均值.由表１０可知,冷剪机剪切钢筋的剪切力实测值均大于仿真结果,这是由于冷剪机剪切时会受到剪刃振动㊁钢筋变形和其他现场因素等原因的影响.剪切试验中剪切力的实测值与仿真值误差均在５％以内,证明了仿真优化设计的可靠性.表１０㊀冷剪机剪切力实测值和仿真值对比T a b．１０㊀C o m p a r i s o no fm e a s u r e da n d s i m u l a t e d s h e a rf o r c e o f c o l d s h e a r剪切参数剪切力仿真值(k N)剪切力实验值(k N)误差率(％)初始剪切参数(上剪刃)４８．６５０．７８４．３初始剪切参数(下剪刃)５２．０５４．１０３．９A３B２C４D１E３(上剪刃)４３．１４４．９４４．１A３B２C４D１E３(下剪刃)４７．５４９．３３３．７A３B３C５D２E４(上剪刃)４３．９４５．９７４．５A３B３C５D２E４(下剪刃)４７．３４９．４８４．４A３B２C４D１E５(上剪刃)４３．２４５．０８４．２A３B２C４D１E５(下剪刃)４７．６４９．４７３．８A３B２C５D１E１(上剪刃)４３．８４５．６９４．１A３B２C５D１E１(下剪刃)４７．５４９．５４４．２㊀㊀当剪切参数为A３B２C４D１E３(１２组)和A３B２C４D１E５时,冷剪机两组参数下上下剪刃受剪切力极其接近,这是由于因素E对上下剪刃剪切力均无显著性影响的原因.应用剪切参数A３B２C５D１E１进行现场剪切,由于因素C仅对上剪刃剪切力有显著性影响,因此与A３B２C４D１E３相比时,其下剪刃受剪切力相近,但上剪刃受剪切力较大.当应用剪切参数A３B３C５D２E４(１３组)进行现场剪切时,因为因素B对上下剪刃均有显著性影响,而因素C仅对上剪刃剪切力有显著性影响,因此与A３B２C４D１E３相比时,虽下剪刃受剪切力相差不大,但上剪刃受剪切力相差显著.以上与显著性分析结果也是相互验证的.对比剪切试验结果,当剪切参数为A３B２C４D１E３时,上下剪刃受剪切力均为最小,因此该组合为冷剪机的最优剪切参数组合.此时与应用初始剪切参数相比,上剪刃最大剪切力减小了５．８４k N,改善约１３％.下剪刃最大剪切力减小了４．７７k N,改善约９．７％.上述实验验证了用正交试验分析法获取最优解的可行性及其原因,本文也基于该方法确定了核心控制影响因素及水平,提高了冷剪机剪切参数的优化效率和实际施工的可靠性.将最优剪切参数应用于生产后,经车间反馈,该优化参数的应用大幅延长了冷剪机剪刃崩刃和磨损的周期,增长了剪刃寿命,提高了剪切效率,优化效果显著,该研究对８５０吨冷剪机剪切参数的选取具有一定指导意义.５㊀结论(１)基于正交试验直观法确定上下剪刃受剪切力较优方案为A３B２C４D１E３和A３B３C５D２E４,再通过正交试验极差法确定上剪刃剪切力的最优方案为A３B２C４D１E５,下剪刃剪切力的最优方案为A３B２C５D１E１,而后通过方差法确定剪切间隙㊁剪切速度和剪刃倾角对上剪刃剪切力有着显著性影响,剪切间隙㊁剪切倾角对下剪刃剪切力有着显著性影响.(２)对上述方案进行剪切试验,基于试验结果可知,对上下剪刃有显著性影响的因素对其剪刃的剪切力有显著效应,验证了方差法的可靠性.通过对比试验结果,确定最优剪切参数组合为A３B２C４D１E３,即剪切间隙为０．５mm㊁剪刃倾角为６ʎ㊁剪切速度为５７mm/s㊁剪刃重叠量为３mm㊁剪刃刀面宽度为３mm.基于优化剪切参数的上下剪刃剪切力大幅改善,显著地延长了冷剪机剪刃崩刃和磨损的周期,增长了剪刃寿命,提高了剪切效率,优化效果显著.参考文献:[１]㊀张可维．８５０t冷剪机结构及剪切参数的分析与优化[D]．鞍山:辽宁科技大学,２０２１．Z HA N G K e w e i．A n a l y s i s a n dO p t i m i z a t i o n o f S t r u cＧt u r e a n dS h e a rP a r a m e t e r so f８５０tC o l dS h e a r[D]．A n s h a n:U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y L i aＧ８５７ 中国机械工程第３５卷第４期２０２４年４月o n i n g,２０２１．[２]㊀刘中,朱振华,卫青珍．基于L SＧD Y N A的钢筋切断机剪切钢筋的动态仿真[J]．太原科技大学学报,２０１１,３２(１):３３Ｇ３６．L I U Z h o n g,Z HU Z h e n h u a,W E I Q i n g z h e n．D yＧn a m i c S i m u l a t i o n o f S t e e l B a r C u t t i n g M a c h i n eB a s e do nL SＧD Y N A[J]．J o u r n a l o fT a i y u a nU n i v e rＧs i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,２０１１,３２(１):３３Ｇ３６．[３]㊀徐运祥．基于A N S Y S的液压闸式剪板机机架的优化设计[D]．青岛:山东科技大学,２０１８．X U Y u n x i a n g．O p t i m i z a t i o n D e s i g nf o rt h eS t r u cＧt u r eo fa n H y d r a u l i c B r a k i n gＧt y p e P l a t e S h e a r i n gM a c h i n eB a s e do nA N S Y S[D]．Q i n g d a o:S h a n d o n gU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,２０１８．[４]㊀石加联,祁瑁富,许家也,等．８５０吨冷剪机剪切参数的优化分析[J]．辽宁科技大学学报,２０１９,４２(２):１２６Ｇ１３０．S H I J i a l i a n,Q I M a o f u,X UJ i a y e,e t a l．O p t i m i z aＧt i o nA n a l y s i so nS h e a r i n g P a r a m e t e r so f a n８５０Ｇt o nC o l dS h e a rM a c h i n e[J]．J o u r n a l o f L i a o n i n g U n i v e rＧs i t y o fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,２０１９,４２(２):１２６Ｇ１３０．[５]㊀戴志凯,许平,张宝勇,等．基于L SＧD Y N A的分条圆盘剪剪切力的计算研究[J]．新技术新工艺,２０１３(３):６９Ｇ７１．D A I Z h i k a i,X UP i n g,Z HA N GB a o y o n g,e t a l．R eＧs e a r c h o n S h e a r i n g F o r c e C a l c u l a t i o n o f R o t a r yG a n g S l i t t i n g B a s e do nL SＧD Y N A[J]．N e w T e c hＧn o l o g y&N e wP r o c e s s,２０１３(３):６９Ｇ７１．[６]㊀陈小龙．钢筋剪切机送料装置与剪切技术的研究[D]．赣州:江西理工大学,２０１３．C H E N X i a o l o n g．R e s e a r c ho n F e e d i n gD e v i c ea n dS h e a r i n g T e c h n o l o g y o f S t e e lB a rS h e a r i n g M a c h i n e[D]．G a n z h o u:J i a n g x i U n i v e r s i t y o fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,２０１３．[７]㊀楚洪超,徐鹏建,王文光．热轧板带横切机组圆盘剪延长寿命的措施[J]．重型机械,２０１６(６):８０Ｇ８５．C HU H o n g c h a o,X UP e n g j i a n,WA N G W e n g u a n g．M e a s u r e st o P r o l o n g L i f eo f D i s c S h e a ri n H o tＧR o l l e dS t r i p C r o s sＧc u tL i n e[J]．H e a v y M a c h i n e r y,２０１６(６):８０Ｇ８５．[８]㊀徐贺伟,卢秀春,杨荣刚,等．基于A N S Y S/L SＧD YＧN A的钢筋剪切过程的数值模拟[J]．重型机械,２０１６(６):２１Ｇ２４．X U H e w e i,L U X i u c h u n,Y A N G R o n g g a n g,e t a l．N u m e r i c a l S i m u l a t i o no fS t e e lB a rS h e a r i n g P r o c e s sB a s e d o nA N S Y S/L SＧD Y N A[J]．H e a v y M a c h i n e r y,２０１６(６):２１Ｇ２４．[９]㊀李媛媛．冷轧生产线高强钢切边剪崩刃原因分析及控制措施[J]．冶金管理,２０２１(１):４４Ｇ４５．L I Y u a n y u a n．T h e R e a s o n A n a l y s i s a n d C o n t r o lM e a s u r e so fE d g eＧb r e a k i n g o f H i g hS t r e n g t hS t e e lT r i mm e ri n C o l d R o l l i n g L i n e[J]．M e t a l l u r g i c a lM a n a g e m e n t,２０２１(１):４４Ｇ４５．[１０]㊀邹家祥．高等学校教学用书,轧钢机械,(第３版) [M]．北京:冶金工业出版社,２０００．Z O U J i a x i a n g．T e a c h i n g B o o k f o r C o l l e g e s a n dU n i v e r s i t i e s,R o l l i n g M a c h i n e r y,(３r d e d i t i o n)[M]．B e i j i n g:M e t a l l u r g i c a l I n d u s t r y P r e s s,２０００．[１１]㊀张学良,万秀颖,王玉．正交试验在摩擦焊工艺参数优化中的应用[J]．制造技术与机床,２００６(２):１０２Ｇ１０３．Z HA N G X u e l i a n g,WA N X i u y i n g,WA N G Y u．A p p l i c a t i o no fO r t h o g o n a lT e s t i nO p t i m i z a t i o no fF r i c t i o n W e l d i n g P r o c e s sP a r a m e t e r s[J]．J o u r n a lo fM a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y a n d M a c h i n eT o o l s,２００６(２):１０２Ｇ１０３．(编辑㊀袁兴玲)作者简介:祁瑁富,男,１９９３年生,硕士研究生.研究方向为机械设备数值模拟与仿真分析.EＧm a i l:４４８５１７１５３＠q q．c o m.孙远韬(通信作者),男,１９７９年生,副教授㊁博士研究生导师.研究方向为结构故障诊断与可靠性.EＧm a i l:s u n１９７９＠s i n a．c o m.９５７基于正交试验的８５０吨冷剪机剪切失效机理分析及其优化设计 祁瑁富㊀孙远韬㊀田春雷。
飞剪的剪切性能分析及优化
是通过弹簧锁紧缸拉紧楔块从剪刃侧面楔紧剪刃， 当剪刃需要
卸时只需向缸内通人压力油压缩弹簧松开斜楔 ， 即可将 旧剪 刃 轻松拆 出， 新剪刃顺利装入 ， 这样实现 了在线换剪刃。
图２ 所示。
四、 转鼓式பைடு நூலகம்飞剪剪刃的力能参数分析
飞剪 的特点是能横 向剪切运动着的轧件 ， 它有两个基本要
作者简介 ： 小干（ ９５ ）男， 何 １７ 一 ， 江西南康人 ， 江西水 电检修
研究 方向： 电厂计 算机监控 水 程序 （Ｋ ）负责机组无 功功率 调节 ；１） Ｑ Ｚ： （ｏ机组 负荷控制 子程 安装 工程有 限公 司助理 工程 师 ，
、
概述
转鼓式 飞剪是新钢热连轧线精轧机组的关键设 备 ， 在连续 生产不停机 的情况下用 于切去 中间坯的头部和尾部 ， 以利于精
使上转鼓做轴 向移动 ， 因同步齿轮是斜齿 ， 可引起上 转鼓对下 转鼓的相对转动 ， 进而引起剪刃间隙的变化。
三、 转鼓式飞剪在剪切 区运动 过程分 析
经过优化 的转鼓式 飞剪 ， 在剪切过程 的位能参数 ， 通过 自 轧机组的顺利咬入 ， 最后到卷取机组卷成成品钢卷 。转鼓式切 头飞剪由上下转鼓 、 同步齿轮 、 机架、 底座 、 剪刃侧 隙调整机构 、 动控制（２ ） Ｌ级 进行保证 ， 它具有如下特殊的位能参数 ： １ ．当飞剪得到切头的指令后， 首先将切头剪刃转到２０ ， ２￣ 剪刃锁紧缸 、 主联轴器 、 主电机联轴 器、 主减速机和制动器等部 该位置 就是剪刃的起 动位置 ，当飞剪得到切头起动的指令后 ， 切头剪 刃即从２ Ｏ ２。位置起动加速 ，在１．。开始进入剪切 ， ６ ８ 至 转鼓式飞剪的结构 ， 经过合理化创 新 ， 得飞剪 的剪 切性 使 。剪切完成 ， ２。位置开始制动 ， １０ 在一Ｏ 在 ３。位置制动结束 ， 能大幅度提高， 并且 ， 这种创新结构与剪切运动的力能参数合 ０ 理的结合在一起 ， 保证剪切运 动中的剪切力均衡。 然后再返 回到２０ ７。等待位置 ， 等待下一个切头指令 ， 再重复以
剪式单元可展机构静力学分析与拓扑优化设计_杨毅
[ 8]
地面简支 , 结构 中心位置 有一集中 力载荷 F = 1000N , 其具体结构如图 5 所示 。在计算中 , 采用 前文推导的 4 节点剪式单元模型 , 利用 M AT LAB 进行了编程计算 。 计算结果如图 6 所示 , 其中虚线 部分是结构变形前的形状 , 实线部分是变形后的 形状 , 为了显示清楚 , 对节点位移进行了适当放 大。 位移最大处位于结构中点下弦处 , 其最大位移 um ax =-31. 2976mm 。 从图 6 中可以看到 , 其位移 结果满足中心对称性要求 。
在实际应用中 , 节点自由度 u5 可以视具体情
中国机械工程第 21 卷第 2 期 2010 年 1 月下半月
3 拓扑优化设计
可展机构在完全展开后往往需要承受一定的 外载 。 一般来讲 , 对于较少数目单元的结构 , 强度 和屈服占主导地位 , 而对于含有较多单元数的大
( a)平板式折叠结构 ( b)圆柱式折叠结构
中国机械工程第 21 卷第 2 期 2010 年 1 月下半月
剪式单元可展机构静力学 分析与拓扑优化设计
杨 毅 丁希仑
北京航空航天大学 , 北京 , 100191
摘要 : 利用矩阵凝聚法 , 推导出了一种五自由度剪式单元的有限元模型 , 并对一种圆柱式折叠结构 进行了静力学分析 。 将拓扑优化中的 SIM P 法引入到可展机构的优化设计中 , 对可展机构进行了拓扑 优化研究 。 分别以结构柔度最小化和结构效率最大化作为优化目标函数 , 对圆柱式折叠结构进行了拓 扑布局优化 。 优化后的结构质量大大减轻 , 而结构效率得到提高 。 对结构的动力学性能进行了探讨 。 研究结果对可展机构的轻量化设计有一定帮助 。 关键词 : 可展机构 ; 剪式单元 ; 拓扑优化设计 ; SIM P 法 ; 结构效率 中图分类号 : T H 112 文章编号 : 1004 — 132X( 2010) 02 —0184 —06 Analysis and Topology Optimization of Deployable Mechanism Based on Pantograph Yang Yi Ding Xi lun Beihang Uni versit y , Beijing , 100191 Abstract : T he 5 DOF element stif f ness w as derived and applied t o analyze one kind of cy li ndrical deploy able st ruct ure . T he SIM P method w as i nt roduced to t he deploy able st ruct ure optimizat ion . Ai med to t he tw o o bjective functi ons w hich w ere o f compliance minimizatio n and st ructure ef ficiency maximization , t he t opo logy o pt imizatio n fo r the cylindrical deployable st ructure w as calculated . T he mass of o pt imized st ruct ure is lo we r and the ef ficiency is hig her . A t last , the dy namics of structure w as discussed preliminari ly herei n . T he result s are helpf ul f or t he lig htw eight desig n of deploy able st ruct ure . Key words : deploy able m echanism ; pant og raph ; to po logy opti mizatio n ; SIM P method ; st ructure ef ficiency
在偏心荷载作用下薄壁箱梁剪力滞效应和约束扭转梁段有限元分析
在偏心荷载作用下薄壁箱梁剪力滞效应和约束扭转梁段有限元分析王小鹏【摘要】选取剪力滞引起的附加挠度作为广义位移,应用初参数法分别求得箱梁剪力滞弯曲变形单元刚度矩阵和约束扭转刚度矩阵,提出一种剪力滞弯扭箱梁单元,适合分析纵向弯曲、剪力滞和约束扭转之间的耦合关系,并对一有机玻璃简支箱梁模型进行计算,所得的跨中截面应力值与AN-SYS计算所得应力值基本吻合,验证了该单元的可靠性.经过对该模型内力分析可得:纵向弯曲弯矩图和剪力滞广义力矩图线形的走势基本相同,但在数值上纵向弯曲弯矩值的绝对值恒大于剪力滞广义力矩值的绝对值,在集中荷载作用处两者相差最大;扭翘双力矩的峰值出现在集中荷载作用位置处,且峰值有快速衰减的局部特征.【期刊名称】《兰州工业学院学报》【年(卷),期】2016(023)001【总页数】5页(P44-48)【关键词】剪力滞效应;约束扭转;初参数;附加挠度;有限元法【作者】王小鹏【作者单位】兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】U448.213薄壁箱形梁具有良好的结构性能，在现代各种桥梁中广泛使用[1].在偏心荷载作用下，箱形梁总是处于弯扭耦合的复杂受力状态[2-3].与板壳有限元相比，梁段有限元法分析箱形梁的剪力滞和约束扭转具有输入数据少，节点自由度少，输出结果便于设计人员直接使用等优点，因而被众多学者应用[4-8].在分析箱梁剪力滞效应时，上述文献都是以翼缘板的最大剪切转角差或最大纵向位移差作为广义位移[9-10]，这样的广义位移没有明显的物理意义，而文献[11]中以剪力滞引起的附加挠度作为广义位移，将箱形梁的剪力滞变形从初等梁挠曲变形状态中分离出来，作为一种独立的基本变形状态.因此，在任意外荷载作用下薄壁箱梁有纵向弯曲、横向弯曲、剪力滞、畸变和刚性扭转[12]5种基本变形状态.文章以剪力滞引起的附加挠度作为广义位移，分析箱梁剪力滞效应，提出一种适合分析纵向弯曲、剪力滞和刚性扭转的梁段有限元法.结合一个简支箱梁模型，具体分析在偏心荷载作用下横截面内力分布的情况.如图1所示，箱梁发生挠曲变形时，横截面上任一点处的纵向位移可表示为式中，w(z)为相应初等梁的挠度；f(x)为剪力滞效应引起的附加挠度；wζ(x,y)为剪力滞翘曲位移函数；w(x,y)为相应于附加挠曲转角-f'(z)的剪力滞广义翘曲位移函数，即(x,y).η为考虑剪力滞翘曲应力自平衡条件的修正系数，即.其中，Ix=∫Ay2dA；Iyζ=∫AyωζdA.Ix为初等梁理论中对水平形心轴的惯性矩，Iyζ为剪力滞翘曲惯性积.选取箱梁翼缘板的剪力滞翘曲位移函数为二次抛物线ωζ=其中,；A为箱梁横截面面积；At，Ac，Ab分别为箱梁顶板,两侧悬臂版,底板的截面积，其他符号意义见图1(b)所示.箱梁的总势能Π可表达为式中,G和E分别为剪切弹性模量和杨氏弹性模量；2dA.总势能Π求其一阶变分δΠ，根据最小势能原理得剪力滞控制微分方程为故与初等梁的挠度w和挠曲转角-w'相应的内力分别为剪力-EIxw″'和弯矩-EIxw″.与剪力滞效应引起的附加挠度f相应的广义内力为剪力滞广义剪力Qω,即Qω=η2GAζf'-EIωf″',与剪力滞附加挠曲转角-f'相应的广义内力为剪力滞广义力矩wω,即wω=-EIωf″.令p=0,求解方程(5)得式中,C1~C4为积分常数；k为Reissner参数，.如图2所示，箱梁在外荷载作用下发生扭转，横截面上任一点的纵向翘曲位移可表达为式中,(s)为闭口截面广义主扇形坐标；β(z)为扭翘广义位移.β'(z)表示截面的翘曲程度，它与扭转角φ(z)有一定的关系式中,μ为截面约束系数，；Jρ为截面的极惯性矩，Jρ=∮ρ2tds，ρ为扭转中心到截面中线的垂直距离；Jd为截面的扭转惯矩，；Ω为截面中周线所围面积的两倍. 箱梁约束扭转微分方程为关于β的微分方程：关于φ的微分方程：式中,G和E分别为剪切弹性模量和杨氏弹性模量；为广义主扇形惯矩，2tds.故扭转角φ和扭翘广义位移β相应的内力为扭矩T和扭翘双力矩B.令m=0，求解方程(10)得式中：C1~C4为积分常数；k2为约束扭转的弯扭特性系数，.如图3所示，提出一种剪力滞弯扭箱梁单元，适合分析纵向弯曲，剪力滞和约束扭转之间的耦合关系，箱梁单元具有12个自由度，单元节点位移列向量为,.式中,wi和wj分别为单元i端和j端初等梁的挠度；αi和αj分别为i端和j端的初等梁的挠曲转角；fi和fj分别为i端和j端的剪力滞附加挠度；θi和θj分别为i端和j端的附加挠度转角；φi和φj分别为i端和j端的扭转角；βi和βj分别为i端和j端的扭翘广义位移.与单元节点位移列向量对应的单元节点力列向量为,.式中,Qi和Qj分别为单元i端和j端初等梁的剪力；Mi和Mj分别为i端和j端的初等梁的弯矩；Qwi和Qwj分别为i端和j端的剪力滞广义剪力；Mwi和Mwj分别为i端和j端的广义力矩；Ti和Tj分别为i端和j端的扭矩；Bi和Bj分别为i端和j端的扭翘双力矩.轴线处节点位移和节点力之间的关系可写成如下矩阵形式:其中，K为联系梁轴处节点力与节点位移的单元刚度矩阵.单元刚度矩阵K中与纵向弯曲有关的各元素可从相关的一本关于杆系结构有限元的书中引用，与单元两端剪力滞附加挠度和附加挠度转角有关的元素可参见文献[6].与单元两端的扭转角和扭翘广义位移有关的元素可参见文献[8].必须注意的是单元刚度矩阵K中各元素的位置顺序应与式(12)中的位置顺序保持一致.在求解总刚度方程之前，应先组集总荷载列向量.然后求解方程可得节点位移δ和作用在梁轴的单元节点力列向量F，即F=Kδ.用Fortran语言，按照文章建立的单元刚度矩阵编制简支箱梁剪力滞弯扭效应分析的有限元电算程序MFrame2,利用该程序对一有机玻璃单室箱梁模型进行计算，该模型为简支梁，该梁总长1.6m,材料弹性模量为3.3GPa,泊松比为0.375,如图4所示.当竖向集中荷载P=980N作用在跨中截面梁顶边腹板位置时，作出此工况下箱梁的挠度变形图，纵向弯曲弯矩和剪力滞广义力矩图，扭翘双力矩图，如5~7所示. 为了验证文章梁段单元的可靠性，用ANSYS中的SHELL63壳单元对模型进行模拟计算，计算出跨中横截面处的应力如图8~9所示.从图8和图9可知，应用剪力滞弯扭箱梁单元求出的应力值和按照ANSYS有限元软件中SHELL63壳单元算出的应力值总体吻合，故文章梁单元是合理的，适合分析纵向弯曲，剪力滞变形和约束扭转之间的耦合关系.简支箱梁截面上的正应力由纵向弯曲正应力，剪力滞正应力，约束扭转正应力叠加而成.从图5可得剪力滞变形作为一种基本的变形，在跨中引起的附件挠度最大.由图6所示，可得在同一截面上纵向弯曲弯矩恒大于剪力滞广义力矩，两者在荷载作用位置附近相差最大，但两个力矩图的线性走势基本相同.从图7可得扭翘双力矩的峰值出现在集中荷载作用位置处，且峰值有快速衰减的局部特征.文章以附加挠度作为剪力滞广义位移，考虑约束扭转，提出了一种剪力滞弯扭箱梁单元，计算得到了单元刚度矩阵.用Fortran语言编制了相应程序，并与ANSYS壳单元解相比较，验证了该单元的可靠性.适合分析纵向弯曲，剪力滞变形和约束扭转之间的耦合关系.简支箱梁截面上的正应力由纵向弯曲正应力，剪力滞正应力，约束扭转正应力叠加而成.通过对有机玻璃简支箱梁模型计算，当集中荷载作用于跨中腹板顶处时，在跨中引起的附加挠度最大，纵向弯曲弯矩图与剪力滞广义力矩图线形走势基本相同，但在数值上纵向弯曲弯矩值的绝对值恒大于剪力滞广义力矩值的绝对值；在集中荷载作用处两者相差最大.扭翘双力矩的峰值出现在集中荷载作用位置处，且峰值有快速衰减的局部特征.【相关文献】[1] 郭金琼.箱形梁设计理论[M].北京:人民交通出版社,1991.[2] 张元海,徐若昌.不规则支承条件下薄壁箱形梁的一维有限元分析[J].兰州铁道学报,1994(2):22-28.[3] 张元海,李乔.斜交箱梁桥剪滞效应的有限元分析[J].西南交通大学学报,2005,40(1):64-68.[4] 谢旭,黄剑源.薄壁箱梁桥约束扭转下翘曲、畸变和剪力滞效应的空间分析[J].土木工程学报，1995(4):31-34.[5] 罗旗帜，吴幼明，刘光栋.变高度薄壁箱梁的剪力滞[J].铁道学报,2003,25(5):81-87.[6]LuoQZ,WuYM,LiQS,etal.Afinitesegmentmodelforshearlaganalysis[J].EngineeringStructures, 2004, 26(14):2113-2124.[7] ZhouS.Finitebeamelementconsideringshear-lageffectinboxgirder[J].JournalofEngineeringMechanics, 2010, 136(9):1115-1122.[8] ZhangY.Improvedfinite-segmentmethodforanalyzingshearlageffectinthin-walledboxgirder[J].JournalofStructuralEngineering, 2011, 138(10):1279-1284.[9] 韦成龙,曾庆元,刘小燕.薄壁曲线箱梁桥剪滞效应分析的一维有限单元法[J].中国公路学报,2000,13(l):65-72.[10] 罗旗帜.薄壁箱形梁剪力滞计算的梁段有限元法[J].湖南大学学报,1991,18(2):33-38.[11] 张元海,李琳,林丽霞,等.以附加挠度作为广义位移时薄壁箱梁剪力滞效应的梁段有限元分析[J].土木工程学报,2013(10):100-107.[12] 张元海.薄壁箱梁的挠曲扭转有限元分析[J].土木工程学报,1995(6):28-36.。
U型PBL剪力键抗剪性能研究
U 型PBL 剪力键抗剪性能研究引言：钢筋混凝土连续梁的剪力连接是保持结构整体性能的重要部分。
连续梁剪力连接的承载力与剪力钢筋的配置、板厚、板型和抗剪钢筋的布置方式等因素密切相关。
在连续梁中，U 型PBL 剪力键是一种常用的抗剪连接方式，其特点是剪力钢筋和抗剪钢筋拉力均匀，连接稳定、刚度较大等优点。
因此，研究U 型PBL 剪力键的抗剪性能，对于深化连续梁的设计理论和工程实践中的应用具有重要的意义。
一、U 型PBL 剪力键构造及作用机理U 型PBL 剪力键由U 形钢板、剪力钢筋、抗剪钢筋、锚固件等组成。
U 形钢板用于容纳板厚，常用的有8～10mm。
剪力钢筋用于将受剪部分斜截切面的受力传递到抗剪钢筋上，常用的是φ12～16mm。
抗剪钢筋通常采用钢筋，常常是φ8mm 或φ10mm。
锚固件用于保持钢筋的固定。
U 型PBL 剪力键的作用机理是，当梁体发生剪力时，U 形钢板通过较大的摩擦力将上下两部分梁体连接在一起，使剪力传递给剪力钢筋。
剪力钢筋将受剪部位斜截切面的受力传递到抗剪钢筋上，抗剪钢筋采用了较为高的强度甚至预应力钢筋，具有较高的抗剪能力，在连续梁发生剪力的过程中承担主要荷载。
因此，U 型PBL 剪力键能够有效地提高梁的抗剪能力，保证结构的整体性能。
二、U 型PBL 剪力键的受力分析在受剪过程中，U 型PBL 剪力键的受力状态比较复杂。
因此，根据受力点的位置和剪力的方向，可以将U 型PBL 剪力键的受力状态划分为四种情况：1、顶部荷载、剪力钢筋垂直于剪力平面：此时，部分钢筋产生弯矩，U 型钢板受轴向挤压和弯曲、角钢板收缩和弯曲等作用，易出现翻转现象。
因此，采用φ16mm 的钢筋做剪力钢筋和φ10mm 的钢筋做抗剪钢筋，有利于提高U 型PBL 剪力键的抗翻转能力。
2、顶部荷载、剪力钢筋与剪力平面成30°~45°角：此时，U 型钢板受垂直轴向的挤压和剪切力，剪力钢筋受弯矩、挤压和剪力作用，抗剪钢筋主要受剪力和挤压作用。
钢结构的静力分析与优化设计
钢结构的静力分析与优化设计钢结构作为一种常见的工程结构形式，在现代建筑和桥梁领域中得到广泛应用。
静力分析与优化设计是钢结构设计过程中至关重要的步骤，可以确保结构的安全性、经济性和可持续性。
本文将从分析和设计两个方面，探讨钢结构的静力分析与优化设计。
一、静力分析静力分析是钢结构设计的基础，旨在确定结构在各种荷载作用下的受力情况和变形状态。
在分析过程中，通常采用有限元法、弹性力学原理等方法进行模型建立和受力计算。
静力分析需要考虑以下几个方面：1. 荷载分析：首先需要确定各种荷载的大小和作用位置，如自重荷载、活载、风载、地震荷载等。
通过合理的荷载分析，可以计算出结构在不同荷载组合下的受力情况。
2. 结构模型建立：钢结构通常采用三维空间模型进行分析。
在模型建立过程中，需要考虑结构的几何形态、材料性质以及节点和连接方式等因素，确保模型的准确性和可靠性。
3. 受力计算：结构在荷载作用下会出现一系列受力情况，如轴力、弯矩、剪力等。
通过受力计算，可以确定各个构件的受力大小，并进一步评估结构的安全性和稳定性。
二、优化设计在钢结构设计中，优化设计旨在使结构达到最佳的性能要求，同时尽可能减少材料的使用量和建设成本。
优化设计需要考虑以下几个方面：1. 结构布局设计：优化结构布局是实现结构性能最佳化的关键。
通过合理的布局设计，可以有效减小结构的自重、提高结构刚度和稳定性，进而减少不必要的荷载传递和变形。
2. 截面选型优化：钢结构中的构件截面选择直接关系到结构的受力性能和成本。
通过合理的截面选型优化，可以在满足强度和刚度要求的前提下，减小结构的材料用量，降低工程成本。
3. 连接设计优化：钢结构中的连接方式对于结构的整体性能具有重要影响。
通过优化设计连接方式，可以提高连接的强度和刚度，增强结构的整体稳定性和抗震性能。
4. 结构参数调整：在结构设计过程中，通过调整一些关键参数，如构件尺寸、截面形状等，可以实现结构性能的最佳组合，从而达到优化设计的目的。
飞机断离销的剪切强度分析与研究
飞机断离销的剪切强度分析与研究作者：戴臻之来源：《科学与财富》2018年第08期摘要：在飞机的制造中，零件的性能直接影响飞机的质量，飞机零件的力学性能研究是一个非常重要的方向，飞机断离销是一个重要的零件，本文对断离销分析、断离销网格尺寸与强度、剪切试验进等进行研究，提高飞机的整体质量。
关键词：断离销分析；断离销网格尺寸与强度；剪切试验1. 断离销分析在飞机的试航中，对飞机试航法规的不断修正，在飞机的起飞和降落中，飞机的安全系数非常重要，飞机起落架在承载较大的载荷中，需要起落架与机翼结构分离开，防止起落架在发生故障的时候影响飞机的机翼结构。
在起落架的整个分离系统中，断离销是非常重要的，也叫保险销，它是剪切连接紧固和过载保护的装置。
在飞机该系统的设计中主要是通过应急断离的设计理念，就是在该设计中避免因为故障传递影响飞机的发动机和邮箱，通过改变零件的结构避免发生该现象。
2.断离销网格尺寸与强度在飞机起落架的断离销设计与研究中，由于断离销需要承受双剪切力，所以在结构上有上插架，主体和下插架组成，如图2.1。
通过ABAQUS软件对断离销进行模型分析，在这个系统中可以建立复杂的模型，也可以对零件进行合理的假设，在对断离销的分析中，对断离销进行几何建模，根据边界条件，参数等，进行有限网格分析。
如图2.2就是断离销单元网格尺寸为3.5时，剪切应力分析结果。
断离销的设计中，需要充分考虑它的强度，一般是载荷明确传力通路的基础上，避免结构形成断裂和剪切，在强度设计上，要在考虑载荷保险的时候，不会发生破坏，同时好要在特定的载荷状态小，必须发生破坏，通过破坏实验，研究分析出断离销的最大载荷，以及他的安全强度。
3.剪切试验通过ABAQUS软件对断离销进行剪切强度实验分析，它的目的就是能够真实的反应出断离销实际剪切过程与结果，通过零件的实际物理性能、加工过程、实验的具体要求和环境条件，可以输出零件的真实结果和具体的实验结论，在断离销的实验中，为了能体现它的载荷施加过程与破坏的断面，需要不同的分析和不同的实验条件，图3.1为端面结果对比图。
工程力学中的力学优化设计方法
工程力学中的力学优化设计方法工程力学作为一门研究物体力学性质及其应用的学科，旨在通过力学分析和计算，以科学的方法指导工程实践。
力学优化设计方法是工程力学领域中的一项重要研究内容，旨在通过优化设计思想和数学优化方法，提高工程结构的性能和效率。
本文将介绍工程力学中的力学优化设计方法，并探讨其在工程实践中的应用。
一、力学优化设计的基本原理力学优化设计的基本原理是在满足给定约束条件的前提下，通过合理的设计变量选择和合适的优化算法，使得设计目标达到最佳化。
在力学优化设计中，常用的设计目标包括结构的重量、刚度、强度、稳定性等。
而设计变量可以是结构的几何形状、材料参数、连接方式等。
二、力学优化设计的常用方法1. 权重法：权重法是力学优化设计中常用的一种方法，通过引入设计变量的权重因子来调节设计目标之间的相对重要性。
例如，在多目标优化设计中，可以为每个设计目标分配一个权重因子，以平衡各个目标之间的重要性，从而得到较为平衡的综合设计方案。
2. 拉格朗日乘子法：拉格朗日乘子法是力学优化设计中的一种约束条件处理方法。
它通过将约束条件引入设计目标函数中，将多约束优化问题转化为无约束优化问题。
通过求解无约束优化问题，得到的解即为满足原始约束条件的最优解。
3. 模拟退火算法：模拟退火算法是一种经典的全局优化算法，其基本思想是通过模拟固体物体退火过程中的晶体成核和结晶过程，对问题进行寻优。
在力学优化设计中，模拟退火算法可用于搜索设计空间中的最优解，从而实现力学性能的优化。
4. 遗传算法：遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法，通过模拟进化过程中的选择、交叉和变异等操作，逐代优化解的质量。
在力学优化设计中，遗传算法可以用于搜索设计空间中的最优解，并通过不断的进化过程得到越来越优的设计方案。
三、力学优化设计的应用案例1. 结构优化设计：结构优化设计是力学优化设计中的一项重要应用。
通过在结构中引入优化设计变量，如材料厚度、几何形状等，以及应用力学优化方法，可以实现结构的轻量化、强度提升等目标。
不固结不排水剪实验约束应力
不固结不排水剪实验约束应力不固结不排水剪实验约束应力1. 简介：不固结不排水剪实验约束应力是土力学领域中的一种重要试验方法，用于研究土体在剪切过程中的力学性质和变形行为。
该方法以土体未固结和未排水的状态进行试验，在土体剪切时施加一定的约束应力，以模拟实际工程中土体所受到的约束效应。
本文将对不固结不排水剪实验约束应力进行全面评估，并探讨其在土力学研究中的重要性和应用价值。
2. 不固结不排水剪实验约束应力的原理：不固结不排水剪实验约束应力是在不改变土体固结和水分状态的条件下，施加一定的约束应力进行的剪切实验。
在这种试验中，土体不排水剪切过程中的水分无法从土体中排出，土体内部的孔隙水不可排除。
约束应力的施加使土体变得更加紧密，从而模拟了土体在实际工程中受到的约束效应。
3. 不固结不排水剪实验约束应力的意义：不固结不排水剪实验约束应力可以提供土体在约束条件下的力学性质和变形行为的重要信息。
通过该试验可以研究土体的抗剪强度、应力应变特性、应力路径和孔隙水压力等参数的变化规律。
这些参数对于土体的工程设计和施工具有重要的指导作用。
4. 不固结不排水剪实验约束应力的实验方法：不固结不排水剪实验约束应力的试验方法相对简单，通常可以采用剪切箱试验仪进行。
需要准备一定数量的土样，并保持其未固结和未排水的状态。
将土样放置在剪切箱中，并施加一定的约束应力。
在施加约束应力的开始进行土样的剪切过程，并测量土样的变形和应力参数。
5. 不固结不排水剪实验约束应力的应用：不固结不排水剪实验约束应力在土力学研究中具有广泛的应用。
它可以用于评估土体的抗剪强度，对工程设计和施工具有重要的指导作用。
该试验方法可以用来研究土体的应力应变特性，了解土体在不同应力下的变形行为。
不固结不排水剪实验约束应力还可以用于研究土体的孔隙水压力变化规律，对地下工程中的渗流问题具有一定的参考价值。
6. 个人观点和理解：不固结不排水剪实验约束应力作为一种常用的试验方法，在土力学研究中具有重要的应用价值。
剪切工具设计与力学优化分析与应用考核试卷
10.关于剪切力的计算，以下哪项描述是正确的？( )
A.剪切力与材料硬度成正比
B.剪切力与剪切速度成反比
C.剪切力与刀具前角成正比
D.剪切力与刀具主偏角成反比
11.下列哪种剪切工具主要用于线材的剪切？( )
A.钢丝剪切机
B.管材剪切机
C.带材剪切机
D.棒材剪切机
12.在剪切工具设计中，以下哪种材料不适合用作刀具材料？( )
B.传感器技术
C.控制系统
D.数据分析技术
19.在剪切工具的设计中，以下哪些因素会影响剪切力的分布？（）
A.刀具的几何形状
B.材料的厚度
C.剪切速度
D.刀具的安装位置
20.以下哪些情况可能导致剪切工具的故障？（）
A.刀具过度磨损
B.刀具安装不当
C.剪切过程中的过载
D.缺乏适当的维护保养
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
A.汽车制造
B.飞机制造
C.家电制造
D.医疗器械制造
8.以下哪些方法可以用于剪切工具的力学优化？（）
A.有限元分析
B.实验设计
C.神经网络
D.经验公式
9.以下哪些因素会影响剪切力的大小？（）
A.刀具的前角
B.刀具的主偏角
C.材料的厚度
D.剪切速度
10.以下哪些剪切工具适用于线材和棒材的剪切？（）
A.钢丝剪切机
A.高速钢
B.硬质合金
C.钛合金
D.陶瓷
13.以下哪种剪切方式适用于难加工材料的剪切？( )
A.机械剪切
B.激光剪切
C.超声波剪切
D.水射流剪切
φ10定位销抗剪切力
φ10定位销抗剪切力
φ10定位销通常用于机械设备的定位和固定，抗剪切力是指定
位销在受到剪切力时的抗力能力。
φ10定位销的抗剪切力取决于多
个因素：
1. 材料强度，定位销的材料强度是影响其抗剪切力的重要因素。
一般来说，定位销通常采用优质的合金钢或不锈钢制成，这些材料
具有较高的抗剪切力。
2. 安装方式，定位销的安装方式也会影响其抗剪切力。
正确的
安装方法能够最大限度地发挥定位销的抗剪切力，例如确保定位销
与孔配合的精度和间隙的控制等。
3. 表面处理，定位销的表面处理也会对其抗剪切力产生影响。
例如，表面镀铬或者进行热处理可以提高定位销的表面硬度，增强
其抗剪切力。
4. 使用环境，定位销在不同的使用环境下，受到的剪切力也会
有所不同。
例如，在高温或腐蚀环境下，定位销的抗剪切力可能会
受到影响。
总的来说，φ10定位销的抗剪切力是一个综合因素，需要在材
料选择、安装方式、表面处理和使用环境等多个方面进行综合考虑
和评估。
这样才能确保定位销在实际工作中能够承受预期的剪切力，达到设计要求。
销剪切试验方法
销剪切试验方法
1. 嘿，你知道销剪切试验方法有多重要吗？就好比建房子打地基一样关键啊！想象一下，要是没有准确的销剪切试验，那很多结构可能就不牢固啦！比如说造一座桥，那可不得严格把控销剪切试验呀！
2. 哇塞，销剪切试验方法可不是随随便便就能搞懂的哟！这就像是解一道超级难的谜题。
比如在制造精密仪器的时候，销剪切试验就是解开质量密码的关键一步呢！
3. 哎呀，销剪切试验方法真的好神奇啊！就好像是打开一个神秘宝盒的钥匙。
你看，在汽车制造中，它就能决定车子的安全性，这可不是开玩笑的呀！
4. 嘿哟，难道你还不明白销剪切试验方法的厉害之处吗？这简直就是工程界的秘密武器呀！好比一场比赛，销剪切试验方法就是能让你胜出的绝招！例如在飞机制造中，它的重要性不言而喻了吧！
5. 哇哦，销剪切试验方法可不是能忽视的哦！这简直和我们每天要吃饭一样重要呀！像大楼的建设，没有销剪切试验方法的保障，怎么能让人安心住进去呢！
6. 哎呀呀，可别小瞧了销剪切试验方法呀！这就跟医生看病诊断一样关键呀！如果在机械制造中不重视它，那不就出大问题啦？
7. 哟呵，销剪切试验方法真的太有魅力啦！就好像一个神奇的魔法。
比如在建筑设计中，它就是让建筑稳固的魔法力量呢！
8. 嘿，你想过没有，销剪切试验方法要是不准确会怎样？那不就跟在黑暗中走路一样危险呀！像制造大型设备的时候，它真的不能马虎呀！
9. 总之，销剪切试验方法是非常非常重要的呀！它直接关系到各种工程和制造的质量与安全，我们可一定得重视起来！。
机械设计基础静力学的基本原理
机械设计基础静力学的基本原理机械设计基础静力学是研究物体静止或平衡状态下的力和力学性质的科学。
它是机械工程学的基础学科之一，为机械设计师提供了理论基础和实际应用的指导。
在机械设计过程中，静力学的基本原理起到了至关重要的作用。
一、平衡条件在机械设计中，一个物体处于平衡状态时，受力需满足平衡条件。
平衡条件包括力的平衡和力矩的平衡两个方面。
1. 力的平衡力的平衡是指物体所受外力的合力等于零。
即ΣF = 0，其中Σ为合力的数学符号，F为受力。
2. 力矩的平衡力矩的平衡是指物体所受外力产生的力矩总和等于零。
即ΣM = 0，其中Σ为合力矩的数学符号，M为力矩。
通过力的平衡和力矩的平衡的条件，可以解决许多实际工程问题，例如梁的受力分析、简支梁的最大承载能力计算等。
二、受力分析受力分析是机械设计中的重要环节，通过对物体所受力的分析，可以了解其结构的强度和稳定性。
1. 内力和外力在机械设计中，我们需要考虑物体内部的力和物体外部的力。
内力是指物体内部各部分之间相互作用的力，外力是物体受到的外界施加的力。
2. 剪力和弯矩在物体的受力分析中，常常涉及到剪力和弯矩。
剪力是指沿剪切面作用的内力，弯矩是指物体在外力作用下产生的扭矩。
通过对受力的详细分析，我们可以计算出物体各部分的受力情况，为后续的设计和优化提供依据。
三、静力学原理的应用在机械设计中，静力学原理的应用非常广泛，涵盖了许多重要的概念和方法。
1. 受力分析与结构优化通过静力学原理，我们可以进行受力分析，并对机械结构的强度、稳定性和可靠性进行评估。
根据受力分析的结果，我们可以对结构进行优化设计，从而提高机械的性能和使用寿命。
2. 基本力学元件的设计在机械设计中，有许多基本力学元件，如螺栓、销轴、弹簧等。
通过静力学原理，我们可以对这些元件进行力学性能的分析和设计，确保其满足使用要求。
3. 结构的静强度计算静强度是指结构在静止状态下所能承受的最大外力或内力。
通过静力学原理，我们可以进行结构的静强度计算，以确定结构能否承受设计负荷，并保证结构的可靠性。
新型Cr12Mo1V1剪切刀具的破坏分析与结构优化
新型Cr12Mo1V1剪切刀具的破坏分析与结构优化王佺;于培师;吕锦杰;赵军华【摘要】A three-dimensional finite element method was used to study the mechanical behavior of a new type of cutter Cr12Mo1V1 which is unexpected to destroy in the process of cutting.For the first step,the detailed stress field of the cutter was obtained,the dangerous position was determined,and the failure of the cutter was analyzed and reexamined based on the classical strength theories.In addition,the distribution of the stress intensity factor of corner cracks of different sizes was obtained in detail.Based on these results,the geometries and sizes of the cutter were optimized,which reduced the stress level and improved the fracture strength.%针对目前新型Cr12Mo1V1剪切刀具在使用中频繁发生破坏行为,采用三维有限元方法系统研究了该刀具在切割工况下的力学行为.先得到了该刀具的详细应力场,确定其危险部位,并基于经典强度理论对其破坏进行了分析与校核;详细研究了刀具在出现不同几何尺寸的三维角裂纹时,其裂纹前缘应力强度因子的分布结果.基于这些结果对该刀具的几何结构与尺寸进行了优化,降低了应力水平,提高了抗断裂强度.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2017(035)004【总页数】5页(P79-82,85)【关键词】金属切削;剪切刀具;三维有限元法;应力场;应力强度因子【作者】王佺;于培师;吕锦杰;赵军华【作者单位】江南大学机械工程学院, 江苏无锡 214122;江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室, 江苏无锡 214122;江南大学机械工程学院, 江苏无锡 214122;江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室, 江苏无锡 214122;江南大学机械工程学院, 江苏无锡 214122;江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室, 江苏无锡 214122;江南大学机械工程学院, 江苏无锡 214122;江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室, 江苏无锡 214122【正文语种】中文【中图分类】TG333.21近年来，剪切机在传统制造业中使用范围越来越广泛，其中剪切刀具作为剪切机的核心部件，其强度和可靠性是保证剪切机正常工作的关键。
框剪结构中剪力墙的优化分析
框剪结构中剪力墙的优化分析摘要：在框剪结构设计中，如果剪力墙设置过多，会导致结构的刚度过大，而使地震作用效应和结构内力增大，不能完全发挥框架结构的优势。
要解决这一问题，就需要对框剪结构中的剪力墙数量进行相应的优化。
关键词：剪力墙优化，框剪结构Abstract: in the box in the structural design of cut, if shear wall set too much, can lead to excessive structure stiffness, and make the earthquake effect and structural internal force increases, and can not play the advantage of frame structure. To solve this problem, the need to cut the shear wall structure frame number for the corresponding optimization.Keywords: shear wall optimization, box shear structure受平面布置，剪力墙结构使用空间较小、自重较大，将部分剪力墙改为框架，做成框架剪力墙结构（简称框剪结构），则可以使整个建筑平面布置灵活，结构上取得较大使用空间，能够满足使用要求。
一、工程概况某办公楼采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，层数为10层，建筑总高度为33.4m，首层层高4m，第2层3.8m，3—16层均为3.2m，抗震设防烈度为8度(0.30g)，场地II类，设计地震分组为第一组，地面粗糙程度B类，基本风压w0=0.30kN/m2。
，梁、板、柱、墙现浇。
结构平面布置图如下：图1优化前的结构平面布置图二、数学模型（1）目标函数当结构总的等效地震作用最小时，结构能够保持良好的延性，而且此时结构自重较轻，节省材料。
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第 39 卷 第 7 期 2019 年 7 月
爆炸与冲击
EXPLOSION AND SHOCK WAVES
Vol. 39, No. 7 Jul., 2019
DOI：10.11883/bzycj-2018-0146
力学环境约束下剪切销可靠性分析及优化设计*
王若冰，赵志军，肖和业，陈家ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，蒋晓磊
（西安现代控制技术研究所，陕西 西安 710065）
火的可靠性设定为 0.999 9；(2) 剪切销及其它结构件不考虑缺陷、裂纹情况；(3) 不考虑温度、外部气压等
自然环境变化对结构的影响；(4) 结构件之间的摩擦系数为常数。
1.2 力学环境影响建模
剪切销力学环境可以分为点火工作及环境激励两类情况。点火工作状态指火工品产生压力剪断剪
切销失效的工况；环境激励状态指剪切销随产品一起承受外部力学载荷激励的工况，如恒加速、稳态振
摘要： 剪切销是火工装置关键部件，其可靠性不仅表现为点火作用下可靠剪断，还表现为受力学环境 激励不发生断裂。本文中以多项式混沌展开方法为基础，建立了力学环境约束下的剪切销分析模型，结合序 贯优化与可靠性分析方法，提出了剪切销可靠性优化设计的思路。以某型火工作动装置为应用实例，依据实 用的力学环境，进行了剪切销可靠性分析及优化设计，揭示了设计参数与力学环境之间的关系，并获得了影 响可靠性的关键参数。最后，开展了优化后的火工作动装置实验测试，结果佐证了优化设计的有效性。
shearpin
K(B,L,S) mcylinderpin
(2)
式中：下标 B、L、S 分别表示弯曲、拉伸、剪切状态；J 为加速度幅值为 aimpt 的阶跃函数在冲击时长
timpt 结束时的积分值；ωn为固有频率；ξ 为损耗因子；φ′为相位角；tmax 为冲击响应时间；nshearpin 为剪切销个
针对火工装置的可靠性设计、分析、评估，学者们已开展了大量的研究。荣吉利等[1-2] 对航天火工 装置可靠性的小样本预测方法以及可靠性方法在冗余火工装置中的应用、评估开展了研究。董海平 等[3-5]、伊枭剑等[6] 研究了计量计数法、火工品可靠性小样本评估方法及感度参数设计法。以上研究主 要将火工品作为一个整体对象进行可靠性方面的分析，未针对剪切销具体结构进行可靠性分析。在火 工装置剪切销的力学性能研究中，学者们主要关注剪切销在火工作用下失效过程仿真分析[7-8]、优化设 计 ， [9-10] 并未考虑力学环境激励对剪切销性能及可靠性的影响。综上所述，针对力学环境下的剪切销可 靠性分析、设计还没有相应的理论方法。因此，开展力学环境约束下剪切销可靠性分析及优化设计的研 究，不仅能够为火工装置可靠性设计及分析方法提供支撑，还能用于指导火工装置中剪切销的设计，提 升火工装置的环境适应性。
动、冲击等条件。根据火工作动装置的工作环境，建立剪切销在不同载荷下的分析模型。
1.2.1 点火工作
以摩擦力因素作为剪切力的修正项[16]，可得点火工作时剪切销所受到的剪切力：
τignit =
ppowS 1 − Ffriction S2
(1)
式中：ppow 为火药工作产生的压强；S1 为火药压力作用面积；S2 为剪切销截面积，当剪切销截面为直径 d 的圆形时，S2 = πd2/4；Ffriction 为密封环与壁面的摩擦力。 1.2.2 冲击力学环境
数 ； mcylinderpin 为 圆 柱 销 质 量 ； K B 、 K L 、 K S
为 剪 切 销 的 弯 曲 、 拉 伸 、 剪 切 刚 度 ， 且KB
=
EWy
， KL
=
ES2， l
KS
=GS2 l
=
2l
ES 2 (1 +
* 收稿日期： 2018-04-27； 修回日期： 2018-08-09 第一作者： 王若冰 (1986－ )，男，博士，高级工程师，robbin203@。
075101-1
第 39 卷
爆炸与冲击
第7期
1 力学环境约束下剪切销可靠性灵敏度分析模型
1.1 模型简化
在剪切销的可靠性分析模型中，作以下简化：(1) 在保证火工品安全性的条件下，将火工品的工作发
关键词： 可靠性分析；可靠性设计优化；多项式混沌展开；序贯优化；剪切销 中图分类号： O347; TJ45; TB114.3 国标学科代码： 1301565 文献标志码： A
火工装置在制导武器、航天等领域有极其重要的应用[1-2]，它能够在相当短的时间内释放出相当大 的能量，破坏剪切销以完成预定的动作。火工装置作为航天、武器等产品中的子产品，也会受到振动、 冲击、恒加速过载等力学环境激励，如果剪切销在此情况下失效，火工装置不能正常工作，会导致整个飞 行任务的失败，甚至危及人员和设备的安全。为了保证火工装置的可靠性，不仅需要关注火工装药感 度、点火可靠性，还需要对剪切销进行可靠性设计并进行评估分析。
剪切销和被固定结构在动力学环境下为近似线性的单振子系统,则剪切销受冲击时的最大响应加速
度[17-18]:
√
Z¨(B,L,S) max
=
Jω √ e n(B,L,S) −ξωn(B,L,S)tmax
(
√
)
sin ωn(B,L,S) 1 − ξ2tmax + φ′ ,
1 − ξ2
ω = n n(B,L,S)