البحث على الأساس النظري لتحسين التصميم من المفصلات المرنة وآليات الجسم المرنة1

الخلاصة: يركز هذا البحث على دراسة مصفوفة المرونة من مفصلات الثني المستديرة المستقيم. يتم اشتقاق طريقة الحساب التحليلي للتشوه داخل الطائرة للمفصلات استنادًا إلى نظرية شعاع الكابولي. يتم إنشاء النموذج التحليلي الحلقة المغلقة لمصفوفة المرونة ، ويتم توفير صيغة حسابية مبسطة لمصفوفة المرونة عند النظر في نصف قطر الزاوية وسمك المفصلات. بالإضافة إلى ذلك ، تم تطوير نموذج عنصر محدود للمفصلات للتحقق من دقة النموذج التحليلي. يتم تحليل الخطأ النسبي بين القيم التحليلية والمحاكاة لمعلمات مصفوفة المرونة لمعلمات بنية المفصلات المختلفة. توضح النتائج أن النموذج التحليلي دقيق ، ويمكن التحكم في الأخطاء النسبية ضمن حدود مقبولة.

يتم استخدام المفصلات المرنة على نطاق واسع في الأجهزة الدقيقة بسبب مزاياها من دقة الحركة العالية ، ولا الاحتكاك ، وعملية التصنيع البسيطة. تعتمد هذه المفصلات على تشوهها المرن لنقل أو تحويل الحركة أو القوة أو الطاقة ، مما يلغي الحاجة إلى مكونات صلبة. تؤثر المعلمات الرئيسية لمفصلات مرنة بشكل مباشر على خصائصها الديناميكية ودقة تحديد المواقع. ركزت الأبحاث السابقة على أنواع مختلفة من المفصلات المرنة ، ولكن تم إجراء دراسات محدودة على مفصلات ثنية مستديرة. تهدف هذه الورقة إلى ملء فجوة البحث هذه من خلال دراسة مصفوفة المرونة لهذه المفصلات.

1. مصفوفة المرونة من المفصلات المرنة المستقيمة ذات الحزمة المستقيمة:

المفصلات المرنة المستقيمة المستقيمة هي بنية ورقة مع زوايا مستديرة لتجنب تركيز الإجهاد. تشمل المعلمات الهندسية للمفصلات الارتفاع والطول والسماكة ونصف قطر فيليه. يتم إنشاء نموذج تحليلي حلقة مغلقة لمصفوفة المرونة من المفصلات بناءً على طريقة الحساب التحليلية المشتقة للتشوه داخل الطائرة. يتم تحليل معلمات مصفوفة المرونة لمعلمات بنية المفصلات المختلفة ، ويتم حساب الخطأ النسبي بين القيم التحليلية والمحاكاة.

2. التحقق من العناصر المحدودة لمصفوفة المرونة:

للتحقق من دقة النموذج التحليلي ، يتم إنشاء نموذج عنصر محدود للمفصليات باستخدام برنامج UGNX Nastran. تتم مقارنة نتائج محاكاة المفصلات المحملة بقوة/لحظة بالقيم بالقيم التحليلية. يتم تحليل الخطأ النسبي بين القيم التحليلية والمحاكاة لمعلمات مصفوفة المرونة لنسب مختلفة من طول المفصل إلى سمك (L/T) ونصف قطر الزاوية إلى سمك (R/T).

2.1 تأثير L/T على معلمات مصفوفة المرونة:

تم العثور على الخطأ النسبي بين القيم التحليلية والمحاكاة لمعلمات مصفوفة المرونة في حدود 5.5 ٪ عندما تكون النسبة L/T أكبر من أو تساوي 4. بالنسبة للنسب أقل من 4 ، يزداد الخطأ النسبي بشكل كبير بسبب قيود افتراض الحزمة النحيفة. لذلك ، فإن النموذج التحليلي الحلقة المغلقة مناسب للمفصلات مع نسب L/T أكبر.

2.2 تأثير R/T على معلمات مصفوفة المرونة:

يزداد الخطأ النسبي بين القيم التحليلية والمحاكاة لمعلمات مصفوفة المرونة مع الزيادة في نسبة r/t. بالنسبة للنسب بين 0.1 و 0.5 ، يمكن التحكم في الخطأ النسبي في غضون 9 ٪. بالنسبة للنسب بين 0.2 و 0.3 ، يمكن التحكم في الخطأ النسبي في غضون 6.5 ٪.

2.3 تأثير R/T على معلمات مصفوفة المرونة المبسطة:

يتم توفير صيغ تحليلية مبسطة لمعلمات مصفوفة المرونة مع مراعاة نسبة r/t. يزداد الخطأ النسبي بين القيم التحليلية المبسطة وقيم المحاكاة مع زيادة في نسبة r/t. بالنسبة للنسب بين 0.3 و 0.2 ، يمكن التحكم في الخطأ النسبي في غضون 9 ٪ و 7 ٪ على التوالي.

يوفر النموذج التحليلي المطوّر الحلقة المغلقة لمصفوفة المرونة لمفصلات الثني المستديرة المستقيمة أساسًا أساسًا لتصميم وتحسين المفصلات والآليات المرنة. يتم التحقق من دقة النموذج من خلال محاكاة العناصر المحدودة ، والأخطاء النسبية ضمن حدود مقبولة لمعلمات هيكل المفصلات المختلفة. يساهم هذا البحث في فهم وتطبيق مفصلات الثني المستقيم المستقيم في الأجهزة الدقيقة المختلفة.