弯曲形变（共12篇）
弯曲形变 篇1
激光弯曲是一种利用高能激光束扫描金属板料表面时在板料厚度方向形成的非均匀温度场所导致的热应力来实现塑性变形的工艺方法[1]。通过优化激光加工工艺参数、精确控制热作用区域以及热应力的大小与分布，从而可以精确控制板料的弯曲程度。板料激光弯曲的独特优点使其工业应用可以遍及航空、航天、微电子、船舶制造、汽车工业等多个领域。目前EA D S已经开展了激光弯曲技术在大飞机制造中的应用，如机翼整体壁板焊接结构件的激光弯曲成形。
在应用板料激光弯曲工艺时,直接面临的困难是如何面对加工过程中影响因素多、耦合作用非常复杂的非线性热物理过程选取优化的激光加工工艺参数,以便在表面不熔化的条件下,控制板料的弯曲程度。在已经公布的文献中,一些学者提出将智能算法应用在激光弯曲加工中。P.C.Cheng[2]、王秀凤[3]用BP网络预测了金属薄板的弯曲角度;季忠[4]用遗传算法(G A)优化了激光加工工艺参数。尽管这两种方法都适合求解非线性问题,但又都有各自的缺点:BP网络采用局部搜索的优化方法,误差函数为平方型,故容易陷入局部最优,且收敛速度慢;而遗传算法是随机搜索,易出现早熟收敛,局部搜索能力差,后期收敛速度缓慢,在学习、训练能力上有欠缺。杨清凤[5]将这两种算法有机结合起来,取长补短,用BPN-G A法对板料激光弯曲的工艺参数进行优化。虽然全局寻优能力和收敛速度在一定程度上得到了改善,但是现有的算法容易陷入局部解且收敛缓慢的问题没有得到根本解决。
为了进一步提高优化精度，本文基于量子计算全局寻优能力强和具有加速作用的特点，将遗传算法与量子计算有机结合，得到基本量子遗传算法(Q G A)，并在编码和目标函数选择方面做相应改进，引出双链量子遗传算法(D CQ G A)，将D CQ G A算法与BP网络相结合，提出BPN-D CQ G A算法，来解决原有参数优化系统收敛速度慢和易陷入局部最优解的问题。依据BPN-D CQ G A算法，建立了板料激光弯曲中弯曲角度的预测模型。将实验数据作为样本数据，对BPN-D CQ G A网络进行了训练和校验，并与BPN-G A网络做比较，结果表明该网络在很大程度上提升了系统全局搜索能力和优化效率。进一步用M A TLA B语言和图形用户界面(G U I)搭建了具有网络训练、网络检验和参数预测三部分组成的板料激光弯曲工艺参数优化系统，系统运行良好，具有很好的鲁棒性和较准确的工艺参数优化和变形角度预测功能。该系统的开发为实际生产和加工提供了实用途径，同时推动了板料激光弯曲技术的实用化进程。
1 BP N-DCQGA算法
神经网络作为一种新型空间映射手段的最大优势是仅仅借助样本数据，无需建立系统的数学模型，即可对系统实现由R n空间(n为输入神经元数)到R m空间(m为输出神经元数)的高度非映射。若干神经元按照一定的规则连接成网络，并让网络中各神经元的连接权按一定的规则变化。单个神经元的简单功能经过连接复合后，整个网络表现出复杂的特性，就可以很好地模拟板料激光弯曲这种影响因素多、各因素间相互耦合的非线性过程。
BP网络是多层前馈网络，映射结果的精度一般可以由训练样本来保证。理论分析已经证明，具有一个隐含层的BP神经网络可以映射一切函数[6]，故在使用BP神经网络进行目标函数映射时，可采用相对简单的3层BP神经网络结构。但是，BP网络采用局部搜索的优化方法，误差函数为平方型，存在局部极小值问题，且收敛速度慢，此时，利用遗传算法来改进BP算法，这种全局优化的搜索算法可以极大的提高BP算法的收敛速度并保证网络训练成功[6]。
遗传算法类似于自然进化，通过作用于染色体(所求解问题的数字编码)上的基因寻找好的染色体来求解问题。遗传算法与传统搜索算法不同，它以适应度函数(目标函数)为依据,通过对种群中的所有个体实施遗传操作，实现群体内个体结构重组的迭代过程搜索法。选择、杂交、变异构成遗传算法的3个主要遗传操作。参数编码、初始群体的设定、适应度函数的设计、遗传操作设计、控制参数设定等要素组成遗传算法的核心内容[7]。但是，由于遗传算法是随机搜索，易出现早熟收敛，后期收敛速度缓慢，局部搜索能力差。考虑到量子计算具有高度的并行性、指数级存储容量和对经典的启发式算法的指数加速作用，将遗传算法与量子计算有机结合，得到基本量子遗传算法(Q G A)，并在编码和目标函数选择方面做相应改进，引出双链量子遗传算法(D CQ G A)，该算法全局寻优能力强，在很大程度上加速并提升了算法的优化性能[8]。
本文从BP网络和双链量子遗传算法各自优势出发，将两种算法有效结合在一起。利用双链量子遗传算法对BP网络的权值和阈值进行全局优化处理后，对BP网络进行训练和校核。基于BPN-D CQ G A算法的参数优化系统流程图如图1所示。
2 获取样本数据
样本数据包括输入和输出两部分。输入部分分别为激光器的功率、扫描速度、激光光斑直径和板料厚度，输出参数为板料的弯曲角度。样本数据来自板料激光弯曲实验。
实验在德国EA D S Innovation W orks激光实验室进行。试验设备采用3500W Y A G激光器。测量装置如图2所示。试验材料为大飞机壁板用的铝合金板料A A 6056，试件尺寸为150m m×100m m×2.5m m，试件一端固定在工作台上，另一端自由，激光束沿板料上表面的照射路径进行照射。实验时激光的输出功率为1750 W～2250W，激光的移动速度为7.5m m/s～12.5m m/s，光斑直径为4～6m m。
将试件自由端部分涂碳黑作为测量区域，采用图像处理法，运用CCD通过自行开发的实时采集软件和图像处理软件得到测量点在板料激光弯曲过程中的位移变化曲线，根据最终的位移值通过公式换算得到弯曲的角度值。
3 BP N-DCQGA网络训练及校验
网络运行时，系统首先对训练样本数据进行学习，训练样本数为40组。BPN-D CQ G A和BPN-G A网络训练过程的误差收敛曲线如图3所示(实线为BPN-D CQ G A算法，虚线为BPN-G A算法)。通过对比可以看出，BPN-D CQ G A算法的训练效率，收敛速度要远远高于BPN-G A算法。证明了改进算法切实可行。
训练样本数据(实测)与输出结果(计算)比较如图4所示，说明改进的网络经学习后，网络输出的值与样本数据的值几乎一致，正确建立了网络的输入与输出关系。
网络检验数据来自不曾作为网络学习的实验数据，包含网络设计要求的全部模式，这样才能全面检查网络的性能。选取4组检测样本数据，用学习后的网络对其进行预测，网络预测值与检测样本数据值的比较如图5所示。
由图5可知，在参数优化系统的参数预测方面，BPN-D CQ G A相对BPN-G A能更准确地预测出样本实测值，验证了BPN-D CQ G A算法的优越性。
在BPN-D CQ G A算法的基础上我们建立了激光弯曲工艺参数优化系统。此系统通过M A TLA B语言和图形用户界面(G U I)开发成人机交互界面，如图6所示，该系统同时具有较准确的工艺参数优化功能和变形角度预测功能。
4 结论
BPN-D CQ G A算法充分利用了双链量子遗传算法极强的全局寻优能力和加速收敛的特性，结合BP网络高度非映射的能力，从根本上解决了前人在基于神经网络优化设计的研究中遇到的算法容易陷入局部最优解且收敛缓慢的问题。
相对于BPN-G A算法，BPN-D CQ G A算法在以下方面表现出它的优越性：网络的收敛速度更快、训练样本时误差更小、种群适应度更大、网络能更准确地预测出板料弯曲角度，与此同时基于BPN-D CQ G A算法的参数优化系统具有较好的鲁棒性，便于加工时选取适当的工艺参数。此系统将为实际生产和加工提供实用的途径，与此同时推动了板料激光弯曲技术的实用进程。
摘要：本文基于双链量子遗传(DCQGA)算法对BP神经网络的权值和阈值进行了优化,提出了BPN-DCQGA算法,建立了板料激光弯曲中弯曲角度的预测模型。利用实验结果作为样本数据对网络进行训练和校验,结果表明该算法能有效解决网络的收敛速度慢和易陷入局部最优解的问题。基于新的算法建立了板料激光弯曲工艺参数优化系统,该系统具有较好的鲁棒性和较准确的工艺参数优化和变形角度预测功能,为实际生产和加工提供了实用途径,同时推动了板料激光弯曲技术的实用化进程。
关键词：板料激光弯曲,弯曲角度,双链量子遗传算法,BPN-DCQGA算法,参数优化
参考文献
[1]王秀凤.激光非熔凝加工技术在板料成形中的应用[D].北京:北京航空航天大学机械工程及自动化学院飞行器制造工程系,2003.
[2]P.C.Cheng,S.C.Lin.Using neural networks to predict bending angle of sheet metal formed by laser[J].International Journal Machine Tools&Manufacture.40(2000)1185-1197.
[3]王秀凤,吕晓东,陈光南,胡世光.人工神经网络技术在板料激光弯曲中的应用.激光技术.2005(3):244-247.
[4]季忠,刘韧,王忠雷等.基于遗传算法的板料激光弯曲成形工艺优化设计[J].CMET.锻压装备与制造技术,2003,5:79-82.
[5]杨清凤.激光弯曲过程中的位移实时测量和工艺参数的优化[D].北京:北京航空航天大学机械工程及自动化学院硕士论文.2008.
[6]周永进,蔡惠华,尹逊震等.改进的BP网络及其在数据预测中的应用[J].微计算机信息,2007,27:150-151.
[7]吴玫,陆金桂.遗传算法的研究进展综述[J].机床与液压,2008,36(3):176-179.
[8]HAN K H,KIM J H.Genetic quantum algorithm and its application to combinational optimization problem[C]//Proceedings of the International Congress on Evolutionary Computation.IEEE Press,2000,1354-1360.
弯曲形变 篇2
2、这是一条像所有弯曲山路那样的盘旋的路。
3、而最弯曲的这一代人的事情是，我们已经创造了一个没有上帝救恩的方式，因此没有法律，因此没有宽恕，并因此完全没有希望。
4、玩家们用光标沿着链长方向在任意位置上抓取、弯曲、拉伸和摆动氨基酸链，把蛋白质折叠成最合适的形状。
5、慢慢的弯曲你的膝盖直到你的脚板指向天花板。
6、由于这个星系团的巨大质量，它相当于一个宇宙的放大镜，使光线在它的`四周弯曲。
7、类似的，当谢幕的时候，演员鞠躬或者行屈膝礼，他们将一只脚放在另一只的后面，弯曲膝盖，这样“切断”了腿的那条直线。
8、巨大的星体，例如太阳能够使光弯曲，但是庞大的暗物质云会产生宇宙“气泡”，由星系或星体发出的光经过这些“气泡”会被放大，扭曲和复制。
9、通过使用，我的意思是，弯曲、拧开、压碎、捣烂软件，接着把软件推放到各种平台上，并推进到原先没有计划要做的任务里面。
10、有时候因为附近有些公用线路，他们建立了弯曲铁轨。
11、这种姿势，你的腹部几乎接触到了他弯曲的膝部;利用它做支撑保持平衡，你可以前后或者上下摆动。
12、如有必要，在后背下部的弯曲后面放置一个小靠垫或是卷起的毛巾。
13、能带弯曲是一种有效杀死病毒的方法，因为这种技术使得电子由紫外线中解脱出来，向前来游荡与水反应产生羟基自由基。
14、北方的鞋子，特别是北京，整体造型在鞋底和鞋跟部位呈一种夸张弯曲的弓形，在脚趾和后跟位置经常用皮革加固。
15、所以，如何才能编写一个能够弯曲的类呢?
16、一切透明物质都会减缓通过它的光的运动速度——这就是为什么当光由空中进入水中时，光看上去似乎被弯曲或折射的道理。
17、在这张图片的顶部，河中的一个弯曲几乎已经从主河道中分离出去，成为一个牛轭湖了。
18、这也就是说你的脖子和脊柱应该处于中正的位置，肩膀和躯干放松，膝盖弯曲呈90度角，双脚平放在地面上。
19、把这股线的头一两英寸扭在一起，并拗它一下使它弯曲。
20、不用金属丝是因为被大石头砸到时它会弯曲。
21、从那以后啊，所有的乌鸦都有了一张弯曲的嘴。
22、前腿膝关节弯曲，后腿保持绷直状态，右脚后跟贴紧地面并向下压。
23、在这个错觉中，虽然线条看起来是弯曲的，但实际上却是笔直的，并且实际上是平行的。
24、太阳弯曲来自遥远星球的光线到一个焦点。那个焦点可能有一百万倍的放大能力，使最大功率的望远镜相形见绌。
25、我如明镜，映出你们的山峰，你们弯曲的斜坡，甚至徘徊于你们心头的思绪与欲望。
会弯曲的水泥 篇3
2014年，陈福荣创办了家居品牌——WUU至物，致力于开发和制作适合现代审美与生活的产品。他认为，作为初创的品牌，设计度的把握是最难的，太商业很难从现有的物品器具里跳脱出来，但设计感太强又会把自己套起来，陷入曲高和寡的尴尬。
所以，WUU对于产品设计、开发以及生产的每一个环节，都仔细投入与研究，同时不断尝试新材料的应用。希望能从设计上剔除过多阐释，使物品直接进入生活最根本的需要层面。WUU希望以这样的方式，让每一件产品都经由材质、形式、功能与美学全套体系的考虑，最终投入生产，成为售价合理的家具日用品。
桌面不再乱——HEXA 桌面储纳系统
获设计上海“2015 年度最佳设计新锐奖”使用新型水泥材料研制的HEXA（六边形），既有耐磨耐用的强度，又具备柔和细腻的质感。点、线、面在无限延展的六边形中不断变化，看似小巧实则可以储纳办公桌面大多数物件，就像是运行良好的后台系统。不同的人使用HEXA，会有不同的摆放方式，特别适合整理癖。
极简的刚毅—— LIGHT X 整块铝，一盏灯
如何做出一把符合WUU的审美又利落好用的工作灯？WUU回归用户体验的本质，摒弃多余的功能以及复杂的交互，将最实际的使用需求结合到极简的线条中。选择极具未来感的整块铝金属，并用电脑数控技术铣洗加工，加上具有雕塑感的45°旋钮开关，在“+”与“×”符号间感受开与关的利落，作品浑然一体，充满刚毅魅力。
WUU在设计之外，还设立材料研究工作室，探索材料应用的多种可能。因为迷恋上世纪80年代风靡中国家庭的水磨石水泥地板，所以，WUU一直思考如何将建筑工艺带入当下生活。 2014年初，WUU开始深入研究水泥。经过几百次的反复实验，终于研发出新型水泥材料：在保持水泥原始质感的同时，拓展它的属性，在厚度不到1mm时表现出强大韧性，而在5mm左右的厚度时，则具有良好的强度。
手里的温度——TERRA 水泥iPhone背贴 TERRA就是基于新型水泥材料研发的的第一件产品。它拥有超轻重量以及0.7mm的超薄厚度下的强大韧性。同时，经过水磨工艺处理后，展现出不可预测的粗粝质感与美妙肌理。
刚刚好的把握——AERO 陨石尺
AERO在设计初期，经过从木制模型到3D打印模型等5次调整，达到了完美贴合人手握姿的状态。质地精巧坚硬，含1m长度卷尺，拥有流畅的用户体验。即使从2米的高度抛掷AERO，以最脆弱的边角着地，都不会损坏尺子本身。
老与新的淬炼——Symmetry系列 老剪刀与新工艺
陈福荣以福州传统“福剪”为基础，将现代工艺与传统手艺结合，重新设计刀具的结构，以模具铸打成型，再由老手艺完成后期工艺，最后获得4把不同尺寸与功能的剪刀、1把钳子及1把水果刀。陈福荣希望以这样的方式让大家了解到，老手艺在工业化生产的影响下，仍然有着重要的作用。
弯曲件滑移对弯曲不良的影响研究 篇4
以V型弯曲为例,板材弯曲一般经过以下5个过程:1凸模运动接触板料(毛坯),在弯矩作用下发生弹性变形,产生弯曲;2随着凸模继续下行,毛坯与凹模表面逐渐靠近接触,使弯曲半径及弯曲力臂均随之减小,毛坯与凹模接触点由凹模两肩移到凹模两斜面上(塑变开始阶段);3随着凸模的继续下行,毛坯两端接触凸模斜面开始弯曲(回弯曲阶段);4压平阶段,随着凸凹模间的间隙不断变小,板料在凸凹模间被压平;5校正阶段,当行程终了,对板料进行校正,使其圆角直边与凸模全部贴合而成所需形状。
2弯曲变形的特点
弯曲变形的特点是:板料在弯曲变形区内的曲率发生变化,即弯曲半径发生变化。
2.1弯曲
受力分析:金属材料受到的应力大于弹性极限而又小于抗拉深极限(断裂极限)。所受的应力包括:压应力、拉应力。
2.2回弹
回弹原因:可以把材料想像成是由众多层纤维排列而成的,每一层纤维的受力情况不一样(最外层受拉应力最大,最里层受压应力最大,两种力的大小向中性层方向递减),故在折弯成形后,并不是所有的纤维层的受力都大于材料的弹性极限,所以处于弹性变形阶段的材料有回复的现象。
由以上分析可知,当材料所受应力大于材料弹性极限越多(当然必须小于材料的抗拉深极限),产品折弯成形越稳定。故应力是决定材料是否回弹的主因素。1材料的弹性极限越高,所需要的变形应力就越大,回弹也就越大;2材料的相对弯曲半径R/T越小,应力就越集中,回弹就越小。
2.3弯曲变形分析
折弯时材料一面受压应力,另一面受拉应力,并且拉应力占主导作用,故材料的中性层为材料中心偏向折弯内侧,如图2所示。
(1)材料的外层纤维由于受到拉应力,材料产生相对移动,材料的不足由宽度和厚度方向补充,故材料宽度尺寸减小。
(2)材料的内层纤维由于受到拉应力,内层材料向宽度方向移动,致使材料内层宽度增加。
当材料宽度小于三倍料厚时,断面的畸变尤其明显,由于拉应力占主导作用,故弯曲区域的毛坯有变薄现象。
3弯曲件的滑移
由于毛坯与模具之间摩擦的存在,当摩擦力不平衡时造成毛坯移位,称作滑移。滑移的结果会使弯曲件的尺寸达不到要求。
3.1产生滑移的原因
1工件不对称,毛坯两边与凹模接触面不相等。2凹模两边的边缘圆角半径不相等,半径小,摩擦力更大。3两边折弯的个数不一样。4V形弯曲中凹模不是中心对称,角度小的一边正压力大,摩擦大。5凹模两边的间隙和润滑情况不一样。
3.2防止滑移的措施
1尽可能采用对称凹模,边缘圆角相等,间隙均匀。2采用弹性顶件装置的模具结构。3采用定位销内定位的模具结构。4内定位应设计为便于调整的形式,即内定位可设置在镶块中,可以通过调整镶块的方式来调整内定位。
4防止弯曲时孔、边变形的工艺措施
4.1弯曲时孔变形的原因
预先冲好孔的毛坯弯曲时,在变形区域范围内的孔会变形,在采用U形弯曲时,由于材料流动方向不同,在U形底部的孔比侧边的孔变形大得多。
4.2防止孔变形的措施
(1)采用冲缺口或月牙槽,使孔周边与变形区域分离,达到防止变形的目的,如图1所示。采用冲缺口或月牙槽的原则是所冲缺口的尺寸应以不妨碍材料流动,不损伤产品使用性能为前提。
(2)弯曲前追加预压筋,减小材料的变形区域, 如图2所示。
(3)边缘有缺口的弯曲件的成形顺序:先折弯再冲缺,如图3所示。
(4)对厚板料小圆角弯曲时,可在毛坯弯曲线的两端预先切圆弧切口工艺槽,避免侧面畸变影响弯曲件的宽度尺寸。如图4所示。
5弯弯曲曲不不良良及及对对策策((表表11))
弯曲怎么造句 篇5
2.天上的彩虹，像人生的道路，既多彩多美，又弯弯曲曲。
3.是啊!有时的弯曲不是屈服和毁灭，而是为了让自己更好地生存和发展。啊!我爱你!家门前那青绿色的松树，你教会我如何面对和处理困难与挫折，你教会我如何生存和发展，你的精神将鼓舞我走好人生的每一步。
4.有一次，我看见一只老蝴蝶，只见他的触角像两根细丝似的向外弯曲着，六只红色的小脚长在毛茸茸的身体两侧，一字排开，一伸一缩，像是刚出生的婴儿在啼哭时手脚乱蹬。
5.乡间小路，弯弯曲曲，像顽皮的孩子在捉弄人，不时露出一点点踪影，不时又隐没了。
6.它的形状好似半圆形的扇子，树叶中央上半部分，叶子分叉，形成一条细缝。树叶线条优美，弯弯曲曲，给人一种娇嫩柔美的感觉，它就像是秋风用笔画出来的。
7.那好像绸带的小河弯弯曲曲地流着，你听那“哗啦，哗啦”的声音多么动听啊，还不时发出“叮咚，叮咚”的跳跃声，好似为河水乐队伴奏，奏起那夏天的赞歌。
8.我再介绍惊险的方洞吧。方洞弯弯曲曲、很长很长而且很窄，右边是悬崖峭壁，一路上还有许多奇形怪状的山峰：倒挂金钟、侧面孔雀、送子峰、五指峰、小珠穆峰等。方洞的尽头有一座长长的铁索桥连着对面的山峰，桥上铺着长方形的木板，从木板的缝里往下一看，心里顿时感到一阵害怕。
9.不一会，只见风驰云涌，一霎时黑云盖过了头顶。狂风吹得路边的树木呼呼作响。闪电，像弯弯曲曲的赤练在空中窜动。随着一阵震耳欲聋的雷声，飘泼大雨从天上倒了下来。
10.我们来到了河边，到处都在放烟花，烟花的的呈圆形，有的呈菊花状，有的像笑脸，还有的像小蛇一样弯弯曲曲冲上天空，也有的像火柱一样矗立在地面，闪闪发光光，美丽极了!
11.通往山顶的叠叠石梯，远望像一条白色的带子萦绕在群山之间，又像杂技演员手中飞舞的彩带，忽高忽低，弯弯曲曲地回旋着。
12.今天，我的妈妈带着我的妹妹从乡下回来了!妹妹有一条弯弯曲曲的头发，一张大大的红嘴巴，还有一双明亮的眼睛，可爱极了!造句网整理
13.乱箭似的急雨打在窗玻璃上，从上到下流出了一道道弯弯曲曲的水痕。
14.大田里的麦苗像一片海，星罗棋布的村庄是不沉的舟，纵横交错的弯弯曲曲的河道，河边的柳枝吐了嫩芽，芦苇边钻出来放时透青了。
15.姐姐那快嘴又喊起来：“你看你写的字，弯弯曲曲像虫子爬，怎么有脸见人呢?”。
16.在冬天，成熟的少年是坚韧不拔的松树。傲然挺立于风寒之中，可以与鹅毛大雪相比，他们懂的了弯曲不是倒下和毁灭，而是为了更好的生存和发展的自然生存规律。
17.平缓的山坡上镶嵌着一块块粉红色的荞麦田，路边铺着碧绿的青稞地，圆木建成的围栏顺着弯弯曲曲的土路，一直通向远方的原始森林，藏式吊脚楼错落有致地分布在路旁，煮奶茶的淡蓝色烟雾中，牛群、羊群时隐时现……整个氛围呈现着一种中世纪乡土意味。
18.长城中国屹立不倒的一条长龙，弯弯曲曲的，真壮观!
19.公路像条金色的腰带，从东方的山垭口弯弯曲曲地飘了过来，飘到洛曲河旁，伴着匆匆的河水跑了几步，忽然又躲进了西边的一片桦树林中，不见了。
形变，神不变 篇6
关键词：新课标I卷；物理实验题；形变；神不变
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）5-0051-3
在教育部制定的《普通高等学校招生全国统一考试大纲》中，明确指出物理学科考查五种能力，包括理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力及实验能力。实验能力要求学生能独立完成课本实验，明确实验目的，理解实验原理，控制实验条件，会用实验仪器，处理实验数据，评价实验结果，并能用课本实验的理论、方法、仪器去处理新问题，设计新实验。而在新课标I卷理综物理题中，物理实验题也是必考内容。
1 物理实验题概述
新课标I卷理综试卷，总计40题，物理实验题安排在第22题和第23题，处于整个理综试卷的居中位置。一个是力学实验，一个是电学实验。填空设置可以都填数值，也可以都填文字。难度安排从易到难，第22题较易，第23题稍难。实验题总分为15分，第22题分值为6分或7分，第23题分值为9分或8分。第22题题目长度约300个字，第23题题目长度约350个字。具体情况如表1、表2所示。
1）实验目的变化
近三年考查的实验目的不同，前一年已经考查的实验，后一年就不会再考。力学实验部分：2013年测动摩擦因数，2014年测加速度与质量的对应关系，2015年测小车通过凹形桥最低点的速度。电学实验部分：2013年测多用途电表内电池的电动势和电阻×1 kΩ挡内部电路的电阻，2014年测电源电动势和内阻，2015年改装和校对毫安表。
2）实验器材变化
实验器材有传统器材，也有先进器材，有熟悉的器材，也有陌生器材，若为陌生器材，题目必暗示使用方法。如测量速度，常用紙带和打点计时器测量。2013年用遮光板、光电门、数字毫秒计测量速度；2014年用位移传感器（发射器）和位移传感器（接收器）测量速度；2015年用压力式托盘秤、凹形桥模拟器、玩具小车测量速度。因为压力式托盘秤读数比较陌生，所以在填托盘秤示数之前，已经有托盘秤的读数示范为“1.00 kg”，暗示托盘秤的最小分度为0.1 kg，且需要再估读一位。
3）实验方法变化
测量相同的物理量，可以用不同的方法测量。如测量电源的电动势和内阻常用“伏安法”测量。2013年用“伏阻法”测量，2014年用“安阻法”测量。
4）实验范围变化
近三年高考题物理实验题，2014年为考试大纲规定的实验：测小车加速度a与钩码的质量m的对应关系；2013年为考试大纲拓展的实验：测物块与水平桌面之间的动摩擦因数；2015年测量一个玩具小车通过凹形桥最低点时的速度，已经超越了考试大纲的限制，出乎所有物理老师的预测。
3 物理实验题的“神不变”
1）原理应用不变
近三年的力学实验，测量目的和装置不同，但都需要应用牛顿第二定律。近三年的电学实验，电路图完全不同，但都需要用到闭合电路欧姆定律。学生抓住了实验原理，就抓住了实验灵魂，无论怎么考查，只要从原理上去思考，就能正确完成实验填空。
2）创新思维不变
分析近三年的高考实验题，无论是力学实验，还是电学实验，始终隐藏着一个不变的思维，就是创新思维。创新是实验的生命力，也是实验的闪光点。高考实验以课本实验为基础，用创新的思维，拓展课本实验。如2014年测小车加速度a与钩码的质量m的对应关系，题目设置图像关系、误差原因、改进措施、实验条件4个填空，都完全来源于课本实验——“验证牛顿运动定律”。
3）精确意识不变
每年必考器材读数，2013年考游标卡尺、多用电表、电压表读数，2014年考电流表读数，2015年考托盘秤读数。虽然每年读数的器材是变化的，但有一点不变，就是培养学生的精确意识，即在器材最小分度后，还需要估读，使实验结果更加精确。曾有同事问笔者，现在电压表和电流表都是数字表，可以直接显示数据，为何高考物理实验题还需要考学生指针电压表和指针电流表读数？这显然是放着现代科技不用，故意为难学生。笔者回答，你只看到了问题的表面。考查学生指针电压表和指针电流表读数，确实比较麻烦，但通过指针电压表和指针电流表的读数，能简单有效地培养物理学的核心素养——精确意识。
4）命题导向不变
实验是物理的核心，没有实验就没有物理。近三年的实验题，命题导向始终坚持：重视实验的老师所带的学生得高分，轻视实验的老师所带的学生得低分。如2013年的电学实验填空，选择红表笔与带有电压表的线路哪一端相连。若学生没有亲自动手连接过线路，就容易选择错误而得低分。2015年的力学实验，测量小车通过凹形桥最低点的速度。笔者在上“生活中的圆周运动”一课中的拱形桥时，自制如图1所示的教具，给学生演示并分析凸形桥最高点失重和凹形桥最低点超重。若笔者所教学生在看到今年力学实验题，在心里上一定不会产生畏惧感和陌生感，有利于学生完成实验填空而得高分。
4 物理实验题备课策略
高考实验题，是课本实验的拓展和创新。看似超越了课本实验，但考查的实验方法、实验步骤、数据处理、误差分析、注意事项却是源自课本实验，超越只是形式，实质还是继承。所以，在高三物理实验题备考时，还要注意以下几点：
1）原理清晰。原理是物理实验的核心，是所有问题的出发点，也是解决问题的归宿点。问题的来源是从原理中来，解决问题的方法要到原理中去寻找。所以，老师在复习过程中，要以原理为中心，分析器材选取，装置连接，步骤先后，数据处理，误差分析。
2）方法多变。在讲解课本实验时，引导学生设计不同的实验方法完成实验目的。如测量速度的方法有几种？测量电阻的方法有几种？只有方法多变，才能在高考题中稳定情绪，沉着作答。
3）勤做实验。“纸上得来终觉浅，事非经过难深知”。老师要带学生去实验室完成学生分组实验，经历实验的完整过程；把常用实验器材放在教室，让学生经常去观察器材，操作器材；自制实验教具，把课本上的理论用实验演示和验证。
4）文字准确。高考实验填空，文字表述出现狂草字或错别字，记为0分，因此平时练习过程中，要求字迹工整，表述准确。如弹簧秤竖直悬挂，“直”不能写得太草，打点计时器两个限位孔在“同一竖直线”上，而不能写成在“同一直线”上或“同一竖直面”上，“欧姆挡”不能写成“欧姆档”，“接通开关”不能写成“打开开关”，“断开开关”不能写成“关闭开关”。
弯曲形变 篇7
蜂窝板在使用中往往要承受弯曲载荷, 弯曲刚度和弯曲面板强度是其两项重要的力学性能。
蜂窝板弯曲刚度指的是其面板弹性模量 (面板材料特性) 与其截面对中性轴的惯性矩 (蜂窝板截面特性) 的乘积, 表示了蜂窝板抵抗弯曲变形能力的大小。而弯曲面板强度则指的是蜂窝板在弯曲载荷作用下, 面板破坏时面板所承受的最大正应力, 即表示的是蜂窝板弯曲时面板抵抗破坏能力的大小。
不管蜂窝板的总厚度、内部各层厚度以及所用材料是否相同, 只要其弯曲刚度大, 就表明其抵抗弯曲变形的能力大。而弯曲面板强度则是面板材料本身的力学性质, 与蜂窝板结构关系不大。因而它不能用来比较不同蜂窝板的抗弯能力, 但在进行蜂窝板工程设计或强度校核时是用得着的。有些不熟悉蜂窝板性能的人, 常误以为弯曲面板强度大的蜂窝板就一定抗弯能力大。加之, 一些生产经营单位, 在促销宣传中, 有意或无意地将蜂窝板弯曲面板强度混淆称为蜂窝板弯曲强度, 更给了用户某种错觉。
下面, 笔者试对这两个弯曲性能做简单解读。
先从蜂窝板的结构谈起。
2 蜂窝板的结构
建筑常用蜂窝板有铝蜂窝板和石材蜂窝板。图1、图2分别为宽度为b的这两种蜂窝板的截面图, 其结构如图所示。
H、t面t背、t中分别为蜂窝板的总厚度及图示各层板的相应厚度。
板与芯材及板与板之间用胶黏剂粘结。
3 蜂窝板的弯曲
蜂窝板在横向载荷 (垂直于板面的截荷) 作用下会产生弯曲变形, 一面凹入, 另一面则凸出。凹入面的材料受压缩短, 凸出面的材料受拉伸长。根据变形的连续性可知, 沿蜂窝板的厚度方向必有一层材料既不伸长也不缩短。这一层称为中性层, 中性层与横截面的交线称为中性轴 (见图1、图2所示) 。
4 中性轴位置的确定
从对截面的静力学关系分析 (从略) 得出, 中性轴必须通过截面的形心。根据这个条件, 便可确定中性轴的位置。
石材蜂窝板较铝蜂窝板的结构复杂, 故这里介绍一下石材蜂窝板中性轴位置的确定方法。因为石材蜂窝板不是一种材料构成的, 所以不能简单地按其实际截面图直接去找形心。应先按各组份的弹性模量 (即各组份在弯曲中的表现) 将其实际截面折算为相当一种材料构成的等效截面, 然后确定其形心的位置。
实际截面转换成等效截面的方法是, 让除蜂窝芯外的任一层 (假设该层材料的弹性模量为E0) 截面保持不变, 将其余各层的宽度b分别乘以其弹性模量与E0 (各层板材的弹性模量可从供应商的材质报告或有关资料中查得) 之比进行缩短或伸长, 各层厚度保持不变, 便可得到实际截面的等效截面。
图3即是以背板为基准转换的石材蜂窝板实际截面的等效截面图。图3中, 背板宽度b保持不变, 石材面板及中板的宽度分别变为b E石/E背和b E中/E背。由于铝蜂窝芯无面内承载能力, 即E芯≈0, 故其宽度bE芯/E背≈0。各层的厚度均保持不变。
等效截面形心的纵标
式 (1) 中, Ai——组合平面中各组份的面积;
yi——面积Ai形心的纵标;
Ai yi——Ai对轴χ的静矩。
将相应数据代入式 (1) , 得
石材蜂窝板等效截面形心的纵标y0也就是石材蜂窝板实际截面中性轴的纵标。
铝蜂窝板截面的中性轴位置较石材蜂窝板的容易确定。因为面、背板材质相同, 弹性模量相同, 所以截面无需转换, 直接确定实际截面形心位置即确定了中性轴的位置, 也是用式 (1) 去确定。由计算结果可知, 若面、背板等厚, 中性轴在铝蜂窝板总厚度的1/2处;若面板或背板偏厚, 中性轴位置则偏向厚板一侧。
5 蜂窝板的弯曲刚度
由GB/T 1456-2005《夹层结构弯曲性能试验方法》中9.5可知, 铝蜂窝板的弯曲刚度
式 (3) 中, E铝——面、背板所用铝材的弹性模量;
I——截面对中性轴的惯性矩, 相当于GB/T 1456-2005中的J。当面、背板等厚时,
式中h——蜂窝芯厚度,
μ——面板的波松比, 其余符号的意义同前。
当面、背板不等厚时, I=I面+I背。I面、I背分别为面、背板截面对中性轴的惯性矩, 可用惯性矩的平行移轴公式求得。
石材蜂窝板的弯曲刚度
式 (4) 中, E0——由实际截面转换成等效截面时, 截面保持不变的那层材料的弹性模量;
I等效——等效截面对中性轴的惯性矩, I相当于GB/T 1456-2005中的J。
这里需要说明的是, 式 (4) 中, 随着E0的不同, I等效也会不同, 即由实际截面转换成等效截面时, 所选取的截面保持不变的那层材料不同, 等效截面的惯性矩也会不同, 但E0与I等效的乘积却总是相同的, 即计算出的石材蜂窝板的弯曲刚度D石蜂总是一样的。
式 (5) 中, Ii——组成等效截面的各个面对中性轴的惯性矩。Ii可用惯性矩的平行移轴公式求得。
惯性矩的平行移轴公式即:一个截面对与它自身形心轴平行的另一轴的惯性矩, 等于此面积对自身形心轴的惯性矩, 加上其面积与两轴之间距离平方的乘积。
下面, 仍以石材蜂窝板为例, 求其等效截面 (见图3) 的惯性矩。
由于各层板对自身截面形心轴的惯性矩很小, 故可略去。这样, 等效截面的惯性矩近似地为
求出了I等效, 便可按照D石蜂=E背I等效求得石材蜂窝板的弯曲刚度。
弯曲刚度D的力学意义:
研究弯曲变形的一个基本公式是
式 (6) 中, ρ——弯曲变形后中性层的曲率半径, 即曲率;
M——横截面上的弯矩;
又EI=D
故式 (6) 又可写为
由式 (7) 显然可以得出, 在弯矩M一定的条件下, 蜂窝板的弯曲刚度D愈大, 其弯曲变形 (曲率) 就愈小, 即蜂窝板抵抗弯曲变形的能力愈大。
由式 (3) 、 (4) 、 (5) 及本文3中所述, 不难看出, 铝蜂窝板和石材蜂窝板的弯曲刚度是由其所用板材的弹性模量及其截面几何尺寸决定的。
6 蜂窝板的弯曲面板强度
对铝蜂窝板来说, 弯曲时, 截面上最大正应力发生在离中性轴最远的面板或背板的外表面。设中性轴的y=0, Y表为离中性轴最远表面的坐标 (不管面板还是背板, 哪个的表面离中性轴最远, Y表就指该表面的坐标。为了叙述方便, 以下不再区分面、背板, 统称面板) , 根据纯弯曲时截面上正应力的计算公式, 可得面板外表面上的正应力
对于石材蜂窝板来讲, 运用截面上正应力的计算公式时, 由于代入的惯性矩只能是I等效, 因而计算出的σ应是由弹性模量为E0的那种单一材料组成的等效截面上最外表面的正应力。若要求得实际截面上石材面板外表面的实际正应力σ石, 还须将y表换成石材面板外表面到中性轴的距离Y石表, 并给计算出的σ乘以E石/E0才能得到。即
当在M作用下, 铝 (石材) 板发生了破坏, 按式 (8) 和式 (9) 计算的结果即分别是铝蜂窝板的弯曲面板强度和石材蜂窝板弯曲时石材面板强度。
由 (4) 式知, 代入式 (9) , 可得
若蜂窝板中间受横向载荷Ρ, 两支承边的距离为L, 则
分别代入式 (8) 和式 (10) , 得
式 (10) 是石材蜂窝板弯曲时石材面板外表面正应力或石材面板强度 (M为破坏弯矩时) 的又一种计算式。
式 (11) 为铝蜂窝板弯曲时面板外表面正应力或面板强度 (Ρ为破坏载荷时) 的又一种计算式。
式 (12) 为石材蜂窝板弯曲时石材面板外表面正应力或石材面板强度 (Ρ为破坏载荷时) 的又一种计算式。
蜂窝板弯曲时面板破坏的原因是因为面板从外表面开始, 正应力超过了面板材料的强度极限 (面板为脆性材料时) 或屈服极限 (面板为塑性材料时) 。这与面板材料纯拉伸 (压缩) 时破坏的原因 (正应力超过强度极限或屈服极限) 实质是相同的。因而可近似地用面板材料的拉 (压) 强度极限或屈服极限作为蜂窝板弯曲时的面板强度。但实际上稍有差异: (1) 因为纯拉 (压) 时正应力在截面上均匀分布, 而弯曲时, 非均匀分布, 外表面的正应力最大。故仅拿外表面的正应力与面板材料拉 (压) 时的强度极限或屈服极限去比较, 就把弯曲面板强度定得低了, 实际会略高一些。 (2) 蜂窝板面板较薄, 弯曲受压时虽未超过抗压强度, 但可能会因失稳而皱折, 故弯曲时面板强度可能会低于面板材料的压缩强度。
还需要说明的是, (1) 石材是一种脆性材料, 其抗压强度远大于抗拉强度。因而, 当石材蜂窝板弯曲时, 石材面板受压就比受拉所能承受的弯矩大得多。故在石材蜂窝板工程设计时, 尽可能使石材面板承受正弯矩受压而不要承受负弯矩受拉。 (2) 石材蜂窝板弯曲时, 若石材面板未破坏而是背板破坏了, 那就应把石材蜂窝板弯曲时石材面板强度计算式中的E石、Y石表相应换成背板材料的弹性模量E背和其表面到中性轴的距离Y背表, 得到的即是石材蜂窝板弯曲时的背板强度σ背。
7 单位宽度弯曲刚度和单位宽度抗弯截面模量
从笔者单位多年从事蜂窝板研发、生产、销售、工程设计的实践来看, 单位宽度弯曲刚度和单位宽度抗弯截面模量是蜂窝板的两个较实用的性能指标。有了它们, 工程设计者就能较方便地计算出蜂窝板弯曲时的最大挠度和面板上的最大正应力, 以进行工程设计和刚度、强度校核。故我们将常用厚度的铝蜂窝板按面、背板厚度不同组合, 列出其单位宽度弯曲刚度和单位宽度抗弯截面模量, 提供给用户。
所谓蜂窝板的单位宽度弯曲刚度D单, 就是其弯曲刚度D与宽度b的比值, 即
D单=D/b, 单位为N mm2/mm
这样就使得该蜂窝板的弯曲刚度变成了一个与板宽无关的常量。使用时, 只需按设计者给出的板宽, 算出弯曲刚度D或直接运用有关公式, 就可计算板的最大挠度了。
本文的D单, 意义相当于弹性力学中研究薄板弯曲问题所用的刚度 (又称刚度系数) 式中t为均质板厚度。
蜂窝板是夹层结构, 故计算时不能简单地将蜂窝板总厚度当作t去处理, 而是按有关计算式细致计算。由于波松比比1小得多, 故有时计算就将2忽略掉了, 使用这样的D单设计就有点保守, 但更安全。
所谓蜂窝板的单位宽度抗弯截面模量W单, 就是其抗弯截面模量W与宽度b的比值, 即
W单=W/b, 单位为mm3/mm
而它是衡量截面抗弯能力的一个几何量。
同样, W单是一个与板宽无关的常量。使用时, 按设计者给出的板宽, 就可方便地算出抗弯截面模量W, 然后按照截面上最大正应力的计算公式σmax=, 计算截面上的最大正应力, 或直接运用W单与有关公式, 计算截面上的最大正应力。
8 结语
本文从蜂窝板的结构和弯曲变形入手, 介绍了石材蜂窝板和铝蜂窝板中性轴位置的确定方法, 解读了该两种蜂窝板的弯曲刚度和弯曲面板强度。所述原理及方法也可用于其他蜂窝板。最后介绍了笔者单位为方便铝蜂窝板工程设计而给出单位宽度弯曲刚度和单位宽度抗弯截面模量的做法。
摘要：本文讲述了石材蜂窝板和铝蜂窝板中性轴位置的确定方法, 解读了弯曲刚度和弯曲面板强度。介绍了笔者单位为方便铝蜂窝板工程设计而给出单位宽度弯曲刚度和单位宽度抗弯截面模量的做法。
汽车拉索弹性形变测试 篇8
关键词：汽车拉索,数据采集,伺服控制,弹性测试,精度
0 引言
汽车拉索是汽车零部件之一，是用于拉动改变变速器档位、刹车、离合器等的一种钢丝绳索，在汽车生产应用领域有着广泛的应用[1]。汽车拉索的使用寿命、承载能力、损伤程度，时时刻刻关系到使用者的安全，长期使用的拉索会产生磨损和变形，由于这种变形是不可恢复的，所以长期使用会降低其使用的效率，加速它的老化，降低使用寿命，危及使用者的生命，所以研究它的弹性变形、永久变形是至关重要的[2]。目前我国汽车行业标准QC/T 29101-1992汽车用操纵拉索总成关于弹性形变的测量方法，主要是采用人工手动检测的方式，存在稳定性差、测试效率低、测量精度低等问题[3]，不能适应我国汽车零配件行业高速发展和对产品大批量测试的要求，所以寻找一种合适的方法保证弹性形变时的精度至关重要。文中根据国内汽车零配件相关企业的现实需求，研发了一套汽车拉索弹性形变测试系统，实现了汽车拉索弹性形变测试的高精度、快速和自动化，满足了企业的实际要求。
1 系统硬件设计
汽车拉索弹性测试系统是基于LABVIEW和NI数据采集卡研发的，主要测试汽车拉索在拉伸状态下的力和位移的状态值。通过设置固定的拉伸目标值，重复拉伸拉索，得出测量值。比较这些测量值与标准值之间的差值来判断此汽车拉索的好坏。总体的硬件设计模块框图如图1所示。
如图1所示，此测试系统是由工控机、NI Compact RIO控制器、五个NI数据采集卡、伺服驱动器、伺服电动缸、力传感器、位移传感器、汽车拉索构成，下面具体的介绍各部分的作用。
(1)NI Compact RIO平台:NI Compact RIO平台包括实时控制器与机箱，NI数据采集卡可以插入到Compact RIO机箱中，机箱的背面板可以运行LABVIEW编程的FPGA程序，而实时控制器运行的是实时操作系统，通过网线其可与上位机进行通讯。
(2)NI9401是一款运动控制板卡，它能从使能信号、脉冲信号、方向信号三个方面控制伺服电机驱动器，从而控制伺服电动缸运动，拉动拉索。本设计总共有2个NI9237模块，都与力传感器相连，共八个通道，其主要用来采集力传感器的电压值。NI9215模块有四个通道，与位移传感器相连，实时采样位移传感器电压模拟输入。
(3)伺服电动缸与驱动器:伺服驱动器主要是用来驱动电动缸运转，电动缸主要是来带动连接着位移和力传感器的汽车拉索运动。
(4)传感器:传感器都与拉索相连，用以检测拉索形变时的参数变化情况。测得的电信号按相应的转换规律转换为力或位移值。
(5)工控机:主要用来实时显示系统的工作状态、对被控对象进行设置和控制、能够对历史数据进行回放和分析等。
2 系统软件的编写
测控系统软件是在LABVIEW 2010开发环境下完成的，分为两层:上位机通讯层和下位机数据采集与控制层。上位机通讯层包括对下位机通道数值的读取，将读取的通道数值制成曲线直观的反映在用户界面上等，还有为了满足拉索测试的精度要求，而进行的循环测试和行程测试。下位机数据采集和控制层主要包括采集力和位移的电压值，控制伺服电机运转和将得到的电压值写入到DMA FIFO中，供上位机来读取。
2.1 下位机采集和控制功能实现
2.1.1 上位机与Compact RIO系统通讯实现
在下位机软件编程之前，首先要创建FPGA项目，完成Compact RIO系统与上位机之间的通信。通过一系列的步骤将用于项目管理的VI、终端和I/O模块创建完成。至此，软件上FPGA I/O与硬件外部I/O的联系就建立起来，通过操作和控制软件上的FPGA I/O就相当于直接操作外部的I/O点[4]。
2.1.2 模拟量采集程序设计
下文以NI9237模块对力传感器(PST300 kg)电压信号的采集和NI9215模块对位移传感器(NS-WY02)电压信号的采集为例，讲述模拟量采集的程序设计过程，具体步骤如下:右键单击FPGA的终端(FPGA Target)项，选择新建->VI。在后面板中放入While循环，右键单击编程->FPGA I/O->I/O Node，然后单击I/O Item，选择Mod1/AI0、Mod1/AI1、Mod1/AI2、Mod1/AI3。同2创建Mod2/AI0、Mod2/AI1、Mod2/AI2、Mod2/AI3、Mod5/AI0、Mod5/AI1、Mod5/AI2、Mod5/AI3。创建子VI signal processor和signal processor＿shift，对采集到的力和位移的数据进行滤波求平均值。得出处理完的通道采集值。通过上述步骤，得到如图2所示的程序框图。
图2中标号1为模拟输出的I/O，其是从FPGA项目中的直接拖放过来，因外部的I/O点直接和传感器相连，所以通过标号1可以读取此时传感器的电压值。图中标号2所示的Mod1为经过处理的电压值。图中标号3为替换数组子集，通过移位寄存器将每次标号4处理的有效值替换到Mod1数组中。正如上文所述，Mod1和Mod2都对应外部的NI9237通道，是用来采集力传感器的电压值，而Mod5对应外部的NI9215通道，其用来采集位移传感器的电压值。
2.1.3 采集数据写入DMA FIFO
在高速采集过程中，FPGA的运行速率可以达到ns的级别，而RT系统一般在ms的级别。在这种情况下，如果要求上位机读取全部的数据，又不会出现数据丢失，就需要采用DMA FIFO方式来传递数据[5]。要通过DMA FIFO完成数据交换的功能，首先要创建和配置DMA FIFO，配置和创建完成后，在程序框图中放置一个循环，然后将创建配置完的FPGA FIFO拖放到循环内，将采集到的力和位移传感器的数据写入到DMA FIFO中。如图3所示Mod1和Mod2采集的力传感器数据写入到1.9237FIFO中，Mod3采集的位移传感器数据写入到3.9215FIFO中，写入的数据供上位机来读取，具体步骤详看2.2节。
2.2 上位机功能模块实现
2.1.3节讲述了将采集的力和位移的数据通过FPGA写入到DMA FIFO中，要实现通道数值的实时显示，需在上位机上将写入到DMA FIFO中的数据读取出来[6]。在完成此步骤之前，首先要将FPGA程序下载编译生成的LVBITX文件，引用到上位机，供上位机使用。下图中的标号1(9074Ref Container.VI)就是引用到上位机的LVBITX文件，通过调用此VI，就能将显示在下位机上的前面板数值调用到上位机界面上。如下图所示的程序框图中首先创建了一个while循环，然后调用9074Ref Container子VI，添加Read/Write control(标号2)控件，与之相连。进入While循环，让图中控件Invoke method(标号3)来读取采样通道的数值，最终得到Data、Data2、Data3。其中Data和Data2为力传感器的数据，Data3为位移传感器的数据。读取通道数值的程序框图如图4所示。
通过上述步骤就能将各个通道的数据读取上来，在前面板中显示。
2.3 测试主界面
通过上述的软件编程，最终得到的测试主界面如图5所示。
图中标号1为主显示区，标号2为传感器的配置区域，标号3为主显示配置菜单，标号4为功能配置区，标号5为图表显示区域，标号6为实验功能设置区。
3 行程实验
先选取500 kg的称重传感器一个，点击标号3的主显示配置区域，选择力通道CH＿2传感器1，设置上下限分别为5 000 N和-100 N，位移通道为CH＿1位移1，上下限为500 mm,-10 mm。然后点击标号6实验功能设置区中的行程控制，选定通道CH＿2传感器1为主的观测参数，目标值设定为283.6 N，速度为10mm/s，点击开始按钮运行，伺服电动缸带动汽车拉索运动，与汽车拉索相连的力和位移传感器将实时的数值显示在主界面上，此时显示的力数值在283.6 N波动，位移数值在40.2 mm波动，其中位移的精确性更高一点，这里近似等于40.2 mm。
如上文介绍本测试系统共用2个NI9237的数据采集卡，共8个通道来测试汽车拉索的拉伸力。8个通道都可以与力传感器相连，将与力传感器相连的航空插头，分别插入到剩余通道，以同样的方法测试剩余7个通道的传感器数值，并分别记录。本测试系统共用4个通道来测试汽车拉索的拉伸位移，用同样的方法将位移传感器接入到剩余的3个通道。因力和位移同时测定汽车拉索的拉伸力和拉伸位移，所以力和位移的数值同时变化，且位移的波动较小，现以力(牛顿)作为主测试参数来观察是否实现弹性形变测试。导出的EXCEL数据如表1所示。
精度值的计算公式为:
式中T为精确度;X为被测量的目标值;X0为被测量的真值。从公式可以得出，T精确度的绝对值越小，表明被测量值越逼近于标准值，测量的精确度更准;将表1所得数据带入此公式，可得拉索弹性形变的精度误差允许范围在±0.1%N之内。
4 结束语
在测试的精度上，传统的测量方法在读取弹簧测力计数值方面肯定存在误差，而汽车拉索弹性形变测试系统用高精度的称重传感器检测拉伸值，以NI数据采集卡作为数据采集工具，再借助LABVIEW编程语言，能够高效、精确、及时的显示测量结果。在测试的效率上，与传统的测试方法相比，该测试系统完成一次的测试时间只有传统测试方法的1/5，效率值高。在测试的自动化程度上，相较于传统的测量方法，显著地提升了测试自动化的水平。
参考文献
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[2]景爽,王建生,康献民,等.基于Lab VIEW的摩托车拉索效率测试平台设计[J].自动化与仪表,2009,29(7):55-57.
[3]关丽丽.车用拉索总成效率试验台架设计[J].科技传播,2012,4(15):173-175.
[4]王树东,孙野,梁国栋.基于Lab VIEW和FPGA在数据采集系统中的开发设计[J].自动化与仪器仪表,2014,34(6):64-67.
[5]陈树学,刘萱.LABVIEW宝典[M].北京:电子工业出版社,2011.
弯曲是一种智慧 篇9
一晃几十年过去了, 如今, 莫力达瓦达斡尔族自治旗的绿化搞得怎么样了呢?2006年, 几位专家专程赶往莫力达瓦达斡尔族自治旗, 对此地的植被情况进行了视察。在这次视察中, 专家们发现了一个奇怪的现象:如今, 只有塔松成了当地郁郁葱葱的绿化树木的主力军, 而当年引进的大叶黄杨、槐树等树木却已经很难寻到踪迹。
是什么造成了这一现象呢?专家们几经努力, 终于揭开了这个谜底:原来, 在严寒的冬季, 莫力达瓦达斡尔族自治旗的鹅毛大雪一下就是几天甚至月余。在大雪纷飞之时, 大叶黄杨、槐树等树种承受不起“大雪压顶”之苦, 树枝甚至树身被无情摧毁, 久而久之, 它们便在此地遭到了灭顶之灾。而塔松, 是一种枝条比较柔韧的树木, 当大雪压顶不堪重负时, 总会“弯”下身子, 将身上的积雪“抖”落, 所以, 懂得“低头弯腰”的塔松就存活了下来。
形变监测网优化分析 篇10
形变监测网, 采用大地测量方法建立平面与高程监测网。形变监测网优化设计是形变监测研究工作中迄今尚未能很好解决的一个基本问题。本文结合具体的工程实例, 对形变监测网优化设计进行分析具有重要的研究意义。
形变监测网优化设计分析
控制网的优化设计问题分为零类优化设计、一类优化设计、二类优化设计和三类优化设计。
记设计矩阵为A, 观测量的权阵为Pl, 其相应的协因数阵为Ql=Pl-1, 未知参数向量X的协因数矩阵为Qx, 它可由法方程的广义逆而得出
则上述设计分类可通过固定参数和自由参数来描述见表1。
在实际问题中, 优化设计问题并不能严格按照四种类型分开, 而通常是四类问题的综合。比如, 三类优化设计问题就可以看作是一类、二类的混合问题。一、二和三类优化设计问题的解又必须预先或同时解零类优化设计问题, 而二类优化设计不仅要求解最优权的分配问题, 还包括对观测计划的某种改善。近几年, 有人提议重新定义一种新的对变形监测网确定最优复测周期的一类优化设计问题, 显然这一设计问题不能从上述最小二乘平差方程导出, 这是性质不同的另一类设计问题。
按照衡量控制网优化设计的质量标准出发, 从精度指标、可靠性准则、灵敏度准则和费用准则, 对形变监测网进行基准分析和位移判定。按照单点位移显著性检验;整体形变检验 (平均间隙法) ;稳健迭代权估计进行比较和检验。
根据点位精度、误差椭圆、多余观测分量和灵敏度的计算公式:
我们通常用来评定待定点的点位精度, 但它不能评定待定点在任意方向的精度。要评定点位精度首先计算出误差椭圆, 定义E为长半轴, F为短半轴:
其中λ1、λ2为特征值:
误差椭圆的长轴与X轴间的夹角 (极大值方向) 为:
在待定点上, 任意方向上的方差值为:
根据起算数据和观测数据需要计算多余观测分量, 由于其与观测值本身的大小无关, 与图形结构A和观测值权阵P有关, 而, 在网形平差前可以计算出多余观测分量H:
H称为观测值的帽子矩阵, 则定义ri为第i个观测值的多余观测分量:
0≤ri≤1
并定义:
, 为网的平均多余观测数。
变形监测网的灵敏度一般用在给定误差概率下 (显著水平α0, 检验功效1 -β0) , 通过统计检验所能发现的变形向量的下界值来表示。
实例分析
1 原有网形
图1 为原有的控制网形状, A, B, C, D四个点为控制点, 控制点的坐标和方位角已知, P1, P2为待求点。L1, L2, , L6为等精度观测角, 测角中误差为 ±1.9", S1, S2, S3, S4为四个观测边, 原网形数据见表2、表3。
经过科学的计算, 方案3 的可行性可表示成精度、可靠性和灵敏度。其中精度:P1点的点位精度和误差椭圆m1=2.41mm, E1=2.05mm, F1=1.27mm, P2点的点位精度和误差椭圆m2=2.18mm, E2=1.91mm, F2=1.05mm;可靠性:多余观测分量ri=diag (0.77, 0.77, 0.85, 0.39, 0.34, 0.63, 0.89, 0.63, 0.50, 0.22) , 所以rmax=0.89, rmin=0.22, r=0.60;灵敏度为α01=1.55cm, α0.2=3.42cm。
2增加观测边优化网形
将原有控制网形怎加两条观测边且增加四个观测数据L8, L8, S11和S12, 优化网形见图2。通过平差计算后设计结果为, 精度:P1点的点位精度和误差椭圆m1=1.72mm, E1=1.27mm, F1=1.18mm, P2点的点位精度和误差椭圆m2=1.68mm, E2=1.43mm, F2=0.88;可靠性:多余观测分量ri=diag (0.91, 0.81, 0.88, 0.43, 0.41, 0.72, 0.92, 0.83, 0.67, 0.55, 0.55, 0.70, 0.72, 0.91) , 所以rmax=0.91, rmin=0.41, r=0.72;灵敏度为α01=1.67cm, α02=2.39cm。
加权变权优化网形
网形加权变权即改变中误差的大小, 对于此控制网形有测角中误差和边长中误差, 若要提高两中误差的大小, 可以利用高精度测量仪器即可完成。精度:P1点的点位精度和误差椭圆m1=2.32mm, E1=2.06mm, F1=1.07mm, P2点的点位精度和误差椭圆m2=1.72mm, E2=1.47mm, F2=0.89mm;可靠性:多余观测分量ri=diag (0.64, 0.74, 0.80, 0.38, 0.33, 0.61, 0.89, 0.63, 0.70, 0.34) , 所以rmax=0.89, rmin=0.33, r=0.6;灵敏度为α01=1.08cm, α02=2.03cm。
更改控制点数目优化设计
将原有网形中A、B、C、D四个控制点增加控制点E见图3, 数据见表4、5。
经过科学的计算, 方案4 的可行性可表示成精度、可靠性和灵敏度。其中精度:P1点的点位精度和误差椭圆m1=2.04mm, E1=1.46mm, F1=1.43mm, P2点的点位精度和误差椭圆m2=1.82mm, E2=1.34mm, F2=1.23mm;可靠性:多余观测分量ri=diag (0.79, 0.88, 0.42, 0.47, 0.74, 1.6, 0.58, 0.48, 0.16, 0.82, 0.82, 0.81, 0.88, 0.92) , 所以rmax=1.6, rmin=0.16, r=0.74;灵敏度为α01=1.57cm, α02=1.96cm。
结语
综上所述, 通过对以上4 种方案的对比分析, 可以看出通过改变观测值的权这种方案, 不仅其精度最高, 同时可靠性和灵敏度也显著提高。只要测绘仪器精度满足, 使用加权变权方法优化网形能够很好的满足工程需求。第四种方案通过增加控制点的数量, 进一步改善了优化结果的精度、灵敏度和可靠性, 网形设计也相对合理, 因此方案四也比较合理。
电动打磨治疗阴茎弯曲 篇11
男性挺直的阴茎是获得满意性生活的基本条件之一，如果阴茎外形是弯曲的，患者势必产生尴尬、害羞的心理，甚至怀疑自己的性能力，失去男人应有的自信。事实上，弯曲的阴茎在性交勃起时弯曲程度会更加严重，阴茎也因此显得短小，而且可能伴有勃起时疼痛，影响性交的顺利完成。即使勉强完成性交，也会在心理上留下阴影，产生害怕性交和勃起的后遗症，久而久之，甚至可能发展成勃起功能障碍（俗称阳萎）。
导致阴茎弯曲的原因有很多。阴茎海绵体白膜发育的不对称以及性兴奋时两个阴茎海绵体的充血不一致会使阴茎产生生理性的弯曲，这种弯曲通常不严重，对性生活也不产生影响。先天性包皮系带过短、先天性尿道下裂等因素也可以使阴茎产生弯曲，这种弯曲在小儿时期就已经存在，应及早诊治，以免日后影响性功能。成年男性的阴茎弯曲主要是由病理性因素引起的，如阴茎外伤或感染后局部形成瘢痕，可使阴茎向瘢痕侧弯曲。另外，还有一种常见的影响较大的病理性因素是阴茎硬结症。
阴茎硬结症
阴茎硬结症又叫阴茎纤维性海绵体炎，在人群中的群体发病率约为3.2％，而且发病率随着年龄的增加而增高。仅有8.5％的阴茎硬结症患者在40岁以前发病，40岁以后发病率迅速增加，70岁以上人群的发病率约为6.5％。
阴茎硬结症是一种发生于阴茎海绵体白膜的纤维化病变，致使正常弹力结缔组织发生玻璃变性或被纤维瘢痕所代替，于是在阴茎背侧或两侧形成单个或多个斑块。由于纤维斑块缺乏弹性，阴茎勃起时斑块侧不能随阴茎海绵体血液的充盈而相应地膨胀，从而产生弯曲，并伴有疼痛的感觉，严重的在阴茎疲软时也有弯曲。阴茎硬结症的纤维斑块是如何产生的呢？目前还不十分清楚，但下面这些因素被认为是导致阴茎硬结症的直接或间接原因：阴茎外伤、泌尿生殖系统感染、创伤性检查、免疫异常、维生素E缺乏、高血压、动脉粥样硬化等。
新技术
由于阴茎弯曲对男性生活质量可能产生严重的不良影响，所以应及早诊治。一般地说，程度较轻的生理性弯曲不需治疗，而先天性的生理性弯曲和病理性弯曲多需尽早矫正。阴茎包皮系带过短、先天性尿道下裂等均有成熟的治疗方案和原则。阴茎硬结症的治疗方法较多，包括服用维生素E、对氨基苯甲酸、秋水仙碱、中草药等药物治疗；局部注射皮质激素、干扰素、异博定、秋水仙碱等治疗；离子透入疗法；X线放射治疗；体外震波疗法以及手术治疗等。一般认为，保守治疗仅适用于病程较短、病情较轻的患者，病程较长、病情较重者则应手术治疗。
值得一提的是，最近开发出了一种治阴茎硬结症疗效较好的手术方法——电动打磨。它是利用高速旋转的牙科电钻碾磨斑块，来去除斑块，恢复海绵体弹性，重塑挺直的阴茎。手术时先分离斑块周围的血管神经并标记斑块，然后在生理盐水持续冷却电钻的条件下碾磨斑块，当碾磨切割器在斑块底部碰到弹性阻力时停止碾磨。对于弯曲程度较重者，可同时行改良的Nesbit手术伸直阴茎，使手术效果更佳。
渗碳齿轮弯曲疲劳强度研究 篇12
目前, 国内关于齿根弯曲疲劳试验方法的研究已经取得了丰富的经验和成果, 但与国外先进水平相比, 还存在一定的差距, 很多材料齿轮的弯曲疲劳强度还缺乏试验数据的支持, 这主要是由于我国关于疲劳的研究起步较晚。不过随着国内各行业对于疲劳强度研究的重视, 我国关于齿轮弯曲疲劳强度的试验研究也愈加深入。利用试验的方法进行齿轮齿根弯曲疲劳强度研究, 所得试验数据较为真实可靠, 但是疲劳试验周期较长, 试验成本较高;通过较少试验点的统计分析预测试验对象的疲劳强度能否达到精度要求也存在疑问, 因而通过疲劳试验进行齿轮弯曲疲劳强度的研究还需要不断完善。
1 齿轮弯曲疲劳强度试验方法
本文通过试验的方法研究确定齿轮齿根的弯曲疲劳强度。为保证试验设计可行, 试验结果可靠, 以GB/T 14230-1993《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》为指导, 选用B类试验法中的单齿加载方式。B类试验法是在脉动疲劳试验机上利用专门的夹具, 对试验齿轮的轮齿进行脉动加载, 直至轮齿出现弯曲疲劳失效或越出, 试验终止并获得轮齿在试验应力下的一个弯曲疲劳寿命数据。试验中, 脉动载荷仅施加在试验轮齿上, 试验齿轮不做啮合转动。所选取的试验轮齿与加载过的轮齿至少间隔一个轮齿, 每个试验齿轮可测得若干个试验点。GB/T14230-1993中B类单齿试验方法规定了试验条件 (试验机及试验齿轮要求) 、试验点选择、试验步骤、齿轮齿根弯曲应力计算方法等内容。
2 研究方案设计
2.1 试验齿轮
该试验中齿轮材料为20Cr2Ni4A, 采用渗碳淬火工艺进行处理, 表面硬度达HRC58~HRC62。齿轮为标准渐开线圆柱直齿轮, 模数m=6 mm, 齿数z=20, 压力角α=20°, 齿顶高系数ha*=1, 顶隙系数c*=0.25, 齿宽b=25mm, 表面粗糙度Rz=10μm, 齿根圆角参数qs=2.5。
2.2 疲劳试验机及试验夹具
本试验选用长春第一机床厂生产的高频疲劳试验机。通过试运行及调试, 试验机满足GB/T 14230-1993的规定, 能够承担本次试验任务。选用的试验机及齿轮夹具结构如图1所示, 可以看出该试验中齿轮为单齿加载, 但与国标中B试验法单齿加载方式存在不同, 该试验中加载的轴向力可以直接作用在齿顶中部。
2.3 应力计算
由于载荷作用在轮齿顶端, 因而在计算弯曲应力时要按照GB/T3480-97中的方法二, 这与GB/T14230-1993中的单齿加载存在一些差别, 齿根应力的计算公式为:
其中:Ft为齿轮分度圆上名义切向力;YFa为载荷作用于齿顶时的齿形系数;YSa为载荷作用于齿顶时的应力修正系数;YST为齿轮的应力修正系数;Yδrelt为相对齿根圆角敏感系数;YRrelt为相对齿根表面状况系数;YX为尺寸系数。
根据以上齿根弯曲应力的计算方法, 确定疲劳试验的应力水平后, 即可求得试验机的输入载荷。应力水平的选择及对应的循环载荷见表1。
按照表1中的载荷值, 每个应力水平选择一定的试验点, 在所选疲劳试验机上进行加载, 激振频率取90Hz。规定越出点循环次数为3×106, 即可得到齿轮弯曲疲劳强度试验的寿命数据。
3 R-S-N曲线的设计
3.1 引入R-S-N曲线的原因
研究齿轮齿根弯曲疲劳强度, 是希望找到在确定的试验条件下, 试验应力与齿轮弯曲疲劳寿命之间的关系, 作为齿轮弯曲疲劳强度的表征。由于疲劳寿命数据的分散性特点, 即使在同一应力水平下进行的齿轮弯曲疲劳试验, 采集的试验寿命数据也存在较大的散差。因而, 在各应力水平下直接选取试验采集的弯曲疲劳数据进行疲劳曲线的拟合是行不通的, 这也是为什么S-N (应力-寿命) 曲线不能准确表征齿轮弯曲疲劳强度的原因。针对以上情况, 考虑到弯曲疲劳试验寿命数据的分散性特点, 将可靠度概念引入到疲劳强度的描绘中。可靠度是基于概率统计理论定义的, 是指完成某个特定事件的概率, 应用在疲劳试验中, 可靠度可以认为是试件在达到某一给定的寿命 (或循环次数) 而没有发生破坏的概率。与之相对应的便是失效率, 是指进行疲劳试验的试件在未达到某一给定的寿命 (或循环次数) 便发生失效的概率。
在进行齿轮弯曲疲劳试验时, 首先规定了越出界点 (即应力循环次数为3×106) 。各应力水平下测得的试验数据大都没有达到越出时的循环次数, 即为失效点。这些失效点的弯曲疲劳寿命数据虽然随机性较大, 但通过概率统计分析可以得到它们的分布形式。通过分布函数, 可以计算出试件在某一应力水平下的累积失效概率, 根据累积失效率与可靠度之间的关系, 可以估计出给定可靠度下, 试件的疲劳寿命值。根据各应力水平下按概率统计分布估计出的具有可靠度指标的疲劳寿命数据绘制疲劳强度曲线, 即为R-S-N曲线 (可靠度-应力-寿命曲线) 。
3.2 设计应力水平
为了使所拟合的R-S-N曲线能够较好地反映试验应力与齿轮齿根弯曲疲劳寿命之间的关系, 各应力水平的选择应符合一定的要求。GB/T 14230-1993规定了成组试验法中各应力水平的选择方法:用于绘制R-S-N曲线的齿轮弯曲疲劳试验, 应选取多个应力级, 最高应力级下的弯曲疲劳试验循环次数应大于疲劳强度极限次数;最高应力级与次高应力级之间的大小间隔应为总的试验应力范围的40%;按照应力水平的递减, 相邻两个应力级之间的应力间隔呈逐步减小的趋势;最低应力水平下的试验数据至少应包含一个越出点。根据GB/T 14230-1993的要求, 结合试验条件, 选取以下5个应力水平绘制R-S-N曲线, 如表2所示。
最高应力水平 (682.9 MPa) 下, 测得的试验寿命数据均大于5×104次。根据表2数据可以看到, 最高应力级与次高应力级间的应力间隔为总的试验水平范围的40%;随着应力的减小, 相邻两个水平间的应力间隔逐渐变小。最低应力水平 (611.5 MPa) 下存在1个越出点。用于绘制R-S-N曲线的5个应力水平的选择符合GB/T 14230-1993的规定。
3.3 R-S-N曲线设计
R-S-N曲线拟合时选择幂函数表达式:
其中:Smax为极限应力;m1为指数;C为常数。
为了使拟合曲线更加直观, 拟合过程更为简便, 对式 (2) 两边同时取自然对数, 得:
设定越出循环次数为3×106, 取可靠度分别为25%、50%、75%、90%、99%, 代入R-S-N曲线方程 (3) 中, 即可求得不同可靠度下的齿轮弯曲疲劳强度极限值, 如表3所示。
根据同样的方法, 计算当越出循环次数定为107次时的疲劳强度极限, 结果列于表4中。
通过表3、表4结果可知, 越出界点为循环次数3×106时, 齿轮弯曲疲劳强度极限为607.91 MPa;越出点界点选定循环次数107时, 求得齿轮弯曲疲劳强度极限为599.17 MPa。
4 结束语
通过对20Cr2Ni4A材料标准渐开线圆柱直齿轮 (m=6) 进行齿根弯曲疲劳试验, 求得能够反映其疲劳强度的R-S-N曲线, 该曲线从概率统计的角度揭示了在中短寿命区间内齿轮所受载荷与工作寿命之间的关联性。
摘要：根据GB/T 14230-1993中规定试验设备、方法、应力水平和试验点, 通过试验方法研究20Cr2Ni4A材料渗碳淬火齿轮弯曲疲劳强度。分析了引入R-S-N曲线的原因, 并根据试验获得的数据分析拟合出R-S-N曲线, 估计出相应循环次数所对应的齿轮弯曲疲劳强度极限。
关键词：齿轮,弯曲应力,疲劳强度
参考文献
[1]王国军.MSC.Fatigue疲劳分析[M].北京:机械工业出版社, 2009.