基于参数敏感性的拉伸夹具响应面优化.pdf
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1、设计、研究、分析2024年第1 期Design,Research&Analysis基于参数敏感性的拉伸夹具响应面优化陈鑫,寇会贤,刁东明,李品豫,林明明,宁惠君一(河南科技大学土木建筑学院,河南洛阳4 7 1 0 0 0)摘要:针对轻薄型复合材料的力学性能测试中,传统夹具普遍存在加持力不足、试件滑移等问题,创新性地提出了一种新型可定位双夹层拉伸夹具的设计。基于响应面法(RSM),对拉伸夹具的连接结构进行优化设计。分析结果表明:优化前拉伸夹具的最大等效应力位置在外夹固定块与外夹板间的连接结构处,且存在应力集中现象,而整体结构在最佳优化方案下,最大等效应力降低了1 7.2%,最大总变形减少了1 3
2、.6%。通过仿真模拟代替实际试验,能够有效降低生产成本,对拉伸夹具的结构优化设计具有一定参考意义。关键词:拉伸夹具结构参数化响应面法(RSM)优化设计中图分类号:TG751.9Optimization of tensile fixture by response surface method based on parameter sensitivityCHEN Xin,KOU Huixian,DIAO Dongming,LI Pinyu,LIN Mingming,NING HuijunAbstract:In the mechanical performance test of lightwei
3、ght composite materials,the traditional fixtures commonly suffer frominsufficient clamping force and specimen slippage.To solve the problem,a novel locatable double-layered tensile fixture wasdesigned.Response surface method(RSM)was used to optimize the connecting structure of the tensile fixture.Th
4、e analysisresults showed that the maximum equivalent stress of the tensile fixture before optimization was located at the connectionstructure between the outer fixing block and the outer plate,and there was stress concentration;in the optimized scheme,+支撑与指导。2)采用仿真分析的手段可以直观地显示目前还不易观测到的、说不清楚的一些现象,容易理
5、解和分析,还可以显示试验都无法看到的发生在结构内部的一些物理现象,如复杂壳体内部的流动死区、涡流等现象,为提高航空附件产品研发的水平以及科学地指导冲洗试验等方面,具有较强的现实意义。参考文献1姜义尧,胡小舟,孙凯.某型直升机中减速器飞溅润滑流场特性分析J.航空动力学报,2 0 1 8,3 3(1 2):3 0 3 2-3040.2孙凯,刘少军,胡小舟.基于动网格的中减速器飞溅润滑内部流场分析J.润滑与密封,2 0 1 7,4 2(8):1 3 1-134.3 刘杰,刘世军,徐文博,等.高速列车齿轮箱润滑性能优化与热平衡温度分析J.机械传动,2 0 1 7,3 6(4):文献标识码:A文章编号:
6、1 0 0 2-6 8 8 6(2 0 2 4)0 1-0 0 55-0 599-104.4王福军.计算流体动力学分析M.北京:清华大学出版社,2 0 1 7.5 孙丽,黄少青,仲峻峰.基于FLUENT的多回路泵流场数值模拟J.制造技术与机床,2 0 1 0,1 6(1):7 2-7 3.6张永学,李振林,流体机械内部流动数值模拟方法综述J.流体机械,2 0 0 6,3 4(7):3 4-3 8.7陈黎卿,张栋,陈无畏,基于流固耦合的分动器齿轮两相流动数值模拟与试验J.农业工程学报,2 0 1 4,3 0(4):54-61.8 KVIST T.Splash lubrication simula
7、tion using CFDJ.Delivering drive line technologies,2011,11(4):1-17.作者简介:李能(1 9 8 4-),男,贵州贵阳人,专业硕士,工程师,中国航发红林工艺研究所,主要研究方向:流体仿真、壳体加工仿真。收稿日期:2 0 2 3-0 2-1 855现代械|Xodan MaclineryIXiandai Jixiethe maximum equivalent stress decreased by 17.2%,and the maximum total deformation decreased by 13.6%.By repla-c
8、ing the actual test with simulation,the production cost is effectively reduced.The structural optimization design of the tensilefixture has certain reference significance.Keywords:tensile fixture,structure parameterization,response surface method(RSM),optimal design0引言新材料的发展突飞猛进,新型复合材料在各领域起着越来越重要的作用
9、,且随着时代的需求,有着向轻薄型方向发展的趋势。但目前针对轻薄型材料的力学性能拉伸实验中,传统拉伸夹具存在拉伸夹持力不足、试件滑移无法精确定位等问题。对于夹具的结构设计,王霆等人针对万能材料试验机传统拉伸夹具的结构、夹持方式等方面进行改进,研制出一种新型主动式内外夹紧力恒定的夹具。邢承亮2 等人根据金属丝的结构特点设计了专门用于金属丝拉伸性能测试的夹具。目前针对拉伸夹具设计的研究多集中在针对特定试件类型以及特定使用环境3-5。在多学科交叉环境下,计算机仿真的应用在夹具结构优化中成为越来越广泛的应用,张智森6 等人基于UG三维软件进行夹具的实体建模,并利用ANSYS有限元软件对其进行了模态分析,
10、针对夹具的固有频率、振型和响应位移等仿真数据对其缺陷进行了分析,并据此对其进行了结构优化。王亮7 等人通过有限元的方法分析夹具最大变形区位置,在最大变形区附近设计增强结构来减小变形、提高结构刚性。刘伟8 等人设计研发了一款包含可胀心轴、油缸卡爪、气密性检测的全自动化智能卧试加工夹具,并对其进行了理论分析和有限元仿真分析。然而,针对拉伸夹具的优化设计,在结构参数化方面的研究则不足。本文探讨了轻薄型材料在力学性能拉伸试验中,传统拉伸夹具所存在的问题,如拉伸加持力不足、试件滑移、无法精确定位等,并提出了一种双夹层结构拉伸夹具,该夹具具有可定位功能,可以有效解决以上问题。同时,本文还采用了有限元仿真和
11、响应面法(RSM)相结合的方法对拉伸夹具的连接结构进行了优化设计,得到了拉伸夹具结构的最优模型,从而有效降低了结构的等效应力以及总变形。561可定位双夹层拉伸夹具的工作原理从图1 中可以看出,可定位双夹层拉伸装置整体被分成两个部件:外夹装置和内夹装置。外夹装置由外夹固定块、外夹连接头和两个外夹板构成,内夹装置由内夹固定块与两个内夹片构成9 内夹组件图1 拉伸夹具总体结构示意图在测试样品的拉力测试中,将外部夹具的外夹连接头连接到测试载荷装置上。在此基础上,将试验样品置于两块内部板片间,并依据内部板片上垂直定位标尺对其被夹持部位的长度进行调节。然后转动内部夹持器的转子,使两块内部夹持器的夹持器闭合
12、,并将试样预先固定。最后,将外部夹持转子转动至两块外部夹持两块内部夹持,在保证试样被夹持后,就可以进行抗拉测试了。2可定位双夹层拉伸夹具的静力学分析2.1简化有限元模型为了降低分析的复杂程度,并减小计算的工作量,对可定位双层拉伸夹具的结构进行了简化1 0,简化结果如图2 所示。2.2拉伸试验仿真模拟在保证计算精度的前提下,本文采用局部网格加密的方式以优化计算时间。在考图2 拉伸夹具简化模型燕尾样外夹组件设计、研究、分析2024年第1期Design,Research&Analysis虑拉伸测试的真实情况时,本文采用了绑定接触来3.1丝结构参数化连接相互焊接的部件,并将相互接触的部分设置为对内夹固
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