Projeto de método de elementos finitos e análise de desempenho de uma nova caixa flexível de grande ângulo Know

Resumo: O desenvolvimento de dobradiças flexíveis com grande deformação, estresse pequeno e desvio central pequeno sempre foi um problema desafiador no campo da pesquisa flexível da dobradiça. Este artigo apresenta um novo design de uma dobradiça flexível com uma estrutura em forma de V, teoria da superposição e método de layout simétrico, inspirado em uma certa dobradiça flexível estrangeira. Um estudo conceitual foi realizado para projetar essa dobradiça flexível, estabelecer um modelo matemático e analisar seu desempenho. A análise do método de elementos finitos demonstrou que o método de projeto aumentou a flexibilidade da dobradiça, alongando a seção, reduziu sua deriva central e a tensão máxima, resultando em um ângulo máximo de rotação de aproximadamente 16 °, um desvio central máximo de 3,557 μm e uma tensão máxima de 499,8 MPa, atendendo aos requisitos de projeto inicial. Esses resultados confirmam o valor prático da dobradiça.

Atualmente, os sensores remotos ópticos espaciais adotam principalmente o método de emenda escalonado do TDICCD para obter matrizes de longa linha. No entanto, esse método carece de compensação de movimento da imagem, levando a uma redução significativa na resolução da imagem. Portanto, a compensação de movimento da imagem é necessária. A compensação de movimento da imagem mecânica e a compensação eletrônica são os dois métodos comuns. Este artigo se concentra no controle em tempo real da rotação do dispositivo TDICCD para obter uma compensação de movimento da imagem. Os mecanismos de rotação comuns não conseguem atender aos requisitos de precisão no espaço, necessitando do desenvolvimento de dobradiças flexíveis, sem lacuna, sem atrito, sem lubrificação e alta resolução. A dobradiça desenvolvida neste artigo é baseada em um design específico da câmera, exigindo um ângulo de rotação de 6-8 °, desvio central não excedendo 10 μm e dimensões dentro de 40 mm × 60 mm.

Design de dobradiça flexível:

Vários designs típicos de dobradiça flexíveis são introduzidos, incluindo a dobradiça flexível escalonada, dobradiça flexível do tubo dividido e dobradiça flexível de flexão livre. Embora essas dobradiças exibam boa flexibilidade e uma grande variedade de ângulos de rotação, elas sofrem de desvio central significativo quando submetidas a forças externas. A característica comum dessas dobradiças é o uso de múltiplas palhetas para deformação, alcançando a deformação concentrada através da flexibilidade distribuída. No entanto, é difícil garantir a estabilidade estrutural das configurações de várias sucessas no ambiente espacial. Portanto, é enfatizada a necessidade de mais pesquisas para aplicar esses componentes ao espaço. Para resolver esses problemas, é proposto um novo design de dobradiça flexível de borboleta, incorporando um design em forma de V e uma estrutura simétrica, inspirada na dobradiça flexível do tipo roda.

Análise da dobradiça flexível da borboleta:

O modelo geométrico da dobradiça flexível da borboleta é analisado usando o método do elemento finito. A dobradiça é composta por dobradiças interconectadas com um projeto em forma de V, permitindo o aumento do comprimento da unidade flexível sem comprometer sua espessura. A análise demonstra que o design reduz efetivamente o estresse, distribuindo a força em quatro partes e implementando o deslocamento do vetor para minimizar o desvio central. A tensão máxima é de aproximadamente 499,8 MPa, dentro da faixa de tensão permitida do material escolhido. A dobradiça atinge um ângulo de rotação de 8 ° e uma deriva central de 3,557 μm, atendendo aos requisitos de projeto. A relação entre o raio e a deriva central também é investigada, com um raio de 17 mm considerado ideal para o design da dobradiça. Além disso, a análise revela uma relação linear entre força e deslocamento, permitindo o controle preciso do ângulo de rotação.

Em conclusão, um novo tipo de dobradiça flexível de grande ângulo é projetada usando o método do elemento finito, e seu desempenho é analisado. O projeto em forma de V proposto, a teoria da superposição e o layout simétrico resultam em maior flexibilidade, desvio central reduzido e estresse. A dobradiça atinge um ângulo de rotação máxima de 16 °, um desvio central máximo de 3,557 μm e uma tensão máxima de 499,8 MPa, atendendo aos requisitos de projeto. A análise da relação de deslocamento de força confirma ainda a excelente elasticidade linear da dobradiça. No geral, a dobradiça desenvolvida exibe valor prática e pode ser aplicada em vários cenários, como cerimônias de abertura, exposições de negócios e promoções de produtos.