Disseny de mètodes d'elements finits i anàlisi de rendiment d'un nou hinge_hinge flexible de gran angle

Resum: El desenvolupament de frontisses flexibles amb una gran deformació, estrès petit i la deriva central petita sempre ha estat un problema difícil en el camp de la investigació de la frontissa flexible. Aquest treball presenta un nou disseny d’una frontissa flexible amb una estructura en forma de V, una teoria de la superposició i el mètode de disseny simètric, inspirat en una certa frontissa flexible estrangera. Es va realitzar un estudi conceptual per dissenyar aquesta frontissa flexible, establir un model matemàtic i analitzar el seu rendiment. L’anàlisi del mètode d’elements finits va demostrar que el mètode de disseny augmentava la flexibilitat de la frontissa allargant la secció, va reduir la deriva central i la tensió màxima, donant lloc a un angle de rotació màxim d’aproximadament 16 °, una deriva màxima de 3,557 μm i una tensió màxima de 499,8 mPa, complint els requisits inicials de disseny. Aquests resultats confirmen el valor pràctic de la frontissa.

Actualment, els sensors remots espacials òptics adopten principalment el mètode de splicing esglaonat TDICCD per aconseguir matrius de línia llarga. Tot i això, aquest mètode no té una compensació de moviment d’imatges, provocant una reducció significativa de la resolució d’imatges. Per tant, és necessària una compensació de moviment de la imatge. La compensació mecànica del moviment de la imatge i la compensació electrònica són els dos mètodes comuns. Aquest treball se centra en el control en temps real de la rotació del dispositiu TDICCD per aconseguir una compensació del moviment de la imatge. Els mecanismes de rotació ordinaris no poden complir els requisits de precisió a l’espai, necessitant el desenvolupament de frontisses flexibles sense bretxa, ni fricció, ni lubricació i alta resolució. La frontissa desenvolupada en aquest treball es basa en un disseny específic de la càmera, que requereix un angle de rotació de 6-8 °, la deriva central no superior a 10 μm i les dimensions de 40mm × 60mm.

Disseny de la frontissa flexible:

S’introdueixen diversos dissenys típics de frontissa flexible, incloent-hi la frontissa flexible esglaonada, la frontissa flexible de tubs dividits i la frontissa flexible de flexibilitat lliure. Si bé aquestes frontisses presenten una bona flexibilitat i una gran varietat d’angles de rotació, pateixen una deriva central significativa quan se sotmeten a forces externes. La característica comuna d’aquestes frontisses és l’ús de múltiples canyes per a la deformació, aconseguint la deformació concentrada mitjançant la flexibilitat distribuïda. Tanmateix, és difícil assegurar l’estabilitat estructural de les configuracions multi-reed. Per tant, es destaca la necessitat de més investigacions per aplicar aquests components a l’espai. Per solucionar aquests problemes, es proposa un nou disseny de frontissa flexible de papallones, que incorpora un disseny en forma de V i una estructura simètrica, inspirada en la frontissa flexible de tipus de rodes.

Anàlisi de la frontissa flexible de papallones:

El model geomètric de la frontissa flexible de papallona s’analitza mitjançant el mètode d’elements finits. La frontissa es compon de frontisses interconnectades amb un disseny en forma de V, permetent augmentar la longitud de la unitat flexible sense comprometre el seu gruix. L’anàlisi demostra que el disseny redueix efectivament l’estrès distribuint la força a quatre parts i implementant la compensació vectorial per minimitzar la deriva del centre. La tensió màxima és d’aproximadament 499,8 MPa, dins del rang d’estrès admissible del material escollit. La frontissa aconsegueix un angle de rotació de 8 ° i una deriva central de 3,557 μm, complint els requisits de disseny. També s’investiga la relació entre el radi i la deriva del centre, amb un radi de 17 mm que es considera òptim per al disseny de la frontissa. Addicionalment, l’anàlisi revela una relació lineal entre la força i el desplaçament, permetent un control precís de l’angle de rotació.

En conclusió, un nou tipus de frontissa flexible d’angle gran està dissenyat mitjançant el mètode d’elements finits i s’analitza el seu rendiment. El disseny en forma de V proposat, la teoria de la superposició i la disposició simètrica donen com a resultat una major flexibilitat, reducció de la deriva central i estrès. La frontissa aconsegueix un angle de rotació màxim de 16 °, una deriva màxima central de 3,557 μm i una tensió màxima de 499,8 MPa, complint els requisits de disseny. L’anàlisi de la relació de desplaçament de la força confirma encara més l’excel·lent elasticitat lineal de la frontissa. En general, la frontissa desenvolupada presenta un valor pràctic i es pot aplicar en diversos escenaris, com ara cerimònies d’obertura, exposicions empresarials i promocions de productes.