机械电子工程毕业论文范文
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机械电子工程毕业论文范文篇1
浅析机械系统中摩擦模型
1引言
在大自然界中摩擦无处不在，摩擦作为非线性物理现象的一种并存在于两运动物体之间，在日常生活中，有些摩擦是有利的，比如人和车辆在路上行走，还有日常生活中的夹持、切割、洗刷等，机械设备中的摩擦压力机、摩擦离合器、摩擦传动机、摩擦自动装置等，但在机械系统中摩擦受各种因素的影响会对机械的精密系统运动带来不良影响。为了消除摩擦带来的不良影响，技术人员也运用了不同的方法来进行改善，也在其中运用了摩擦模型的补偿技术。目前，技术人员也建立了多种摩擦模型，每种摩擦模型都各具特点，要想在实际使用中发挥良好的效果，就务必要掌握各种模型的适用范围、构成原理和自身特点。本文就对机械系统中的摩擦模型进行了阐述。
2摩擦现象分析
摩擦现象是两个运动物的接触面之间存在的切向作用力，在现实生活中，有很多的因素都会产生摩擦现象，比如润滑情况、速度、两物体表面的接触情况、滑动速度的情况等。技术人员也对摩擦现象进行了研究，根据各种实验的研究结果也对摩擦现象的本质有了一定的了解，下文对生活中比较常见的摩擦现象进行分析。
2.1库伦摩擦
库伦摩擦是运行摩擦中比较典型的摩擦现象，也是较早进行研究的一种物理运动，库伦摩擦力的大小是由两运动物之间的接触面积来决定的，库伦摩擦与运动方向是反比的关系，但库伦摩擦会随着法向荷载的变化而发生改变，速度幅值的变化不会对库伦摩擦造成任何影响。
2.2粘性摩擦
两接触物之间流性物的粘性大小决定了粘性摩擦力的大小，两物体的运动速度和粘性摩擦是正比关系，运动物的速度值和粘性摩擦力的速度值是相等的。
2.3Stribeck摩擦
Stribeck摩擦也可叫做Stribeck，低速区域的摩擦行为就是用Stribeck来进行定义的，Stribeck摩擦是稳态速度函数的一种，Stribeck摩擦和物体运动速度是反比关系，具体表现是：物体运动速度增加，Stribeck摩擦力会下降。
2.4静摩擦力
静摩擦力是普遍存在自然界之中，静摩擦力具体是来描述两物体从静止到运动这一过程中所需力的大小，静摩擦力的大小是由两物体之间的力来决定的，而两物体之间的相对速度对静摩擦力没有任何影响，静摩擦力与库伦摩擦力相比，静摩擦力值要大于库伦摩擦力值。
2.5顶滑动位移
顶滑动位移是当两个物体发生接触时，如果两物体之间的最大静摩擦力大于两物体的外力，那么两物体的接触面就会出现位移现象，这种位移的变化是很小的。顶滑动位移现象和弹簧是非常相似的，顶滑动位移的摩擦力不能用速度函数来描述，因为它是一种位移函数。
2.6摩擦滞后
摩擦滞后也可叫做摩擦记忆，它是描述摩擦力改变滞后和两物体相对滑动速度变化的情况，其中两物体的滑动速度和摩擦力会形成迟滞环，当滑动速度降低时，摩擦滞后值会小于加速时的摩擦滞后值，其中的迟滞环的宽度和速度值是正比关系。
3摩擦模型
摩擦模型一般分为静态摩擦模型和动态摩擦模型两大类，其中的静态摩擦模型把摩擦力用两物体相对速度的函数来进行描述，从而对静态模型进行了诠释。而静摩擦模型的建模在静摩擦界面中是没有运动的，单从力学角度来分析，静擦模型在法向和切向上的接触都是属于柔性的;动态模型是把摩擦力用两物体相对速度和位移函数来进行描述，这样一来不仅能对摩擦的静态特征进行描述，还能对动态特征进行描述，所以动态摩擦模型能较为全面的描述两物体界面中的摩擦状态。
3.1库伦模型
技术人员依据大量的实验结果印证得出，库伦模型的摩擦力会随着法向荷载的变化而发生改变，但与两物体的运动方向是呈反比关系，与两物体的速度变化值无关。库伦摩擦模型是较早来进行描述摩擦模型的一种模型，库伦模型的摩擦力是用速度方向函数来进行描述的，所以，库伦模型的表达也在一定程度上受到了限制，并且只能对两物体的摩擦力在运动速度大于零时进行描述，倘若两物体的运动速度是零，那么库伦模型的摩擦值也会相对变化。
3.2Dahl模型
在Dahl模型中，当两物体界面没有达到最大静摩擦值之前，其摩擦界面中的接触峰会与弹簧相类似，此时在两界面中会出现预滑动位移现象。Dahl对这一现象用微分方程进行了描述，主要是描述摩擦力和位移关系之间的变化曲线。Dahl模型是一种连续模型，它能弥补静态模型中状态切换不连续问题的缺点，并运用切向柔顺性把预滑动位移带入到摩擦模型中。在机械系统中Dahl模型能对预滑动位移进行描述，也能对摩擦滞后进行预测，但它不能对静态摩擦力进行描述，也没有Stribeck效应。
3.3鬃毛模型
鬃毛模型用微观角度来对两物体表面接触点的特性进行诠释。如果两运动物体的摩擦表面是弹性的鬃毛接触，其上表面的刚度小于下表面，此时两物体的运动会使鬃毛弹性出现变形，从而产生摩擦力，当两物体相对运动速度增加时，鬃毛就会出现滑动。鬃毛模型能对摩擦模型的随机特征进行准确捕捉，其缺点就是没有对耗时问题进行计算，鬃毛之间的空间很狭隘，并且鬃毛有突然断开的不连续性，这也就需要在很短的时间内来对鬃毛模型的仿真积分进行计算，这样的计算是需要大量时间的，所以，鬃毛模型在数值效果上不是很好，也因此不用于仿真。 3.4集成模型
集成模型是把摩擦在所有阶段内表现出的不同特征连接在一起，从而对摩擦特性进行全面的描述，它是一种较完善的摩擦模型。集成模型能充分反映出库伦摩擦、粘性摩擦、静摩擦力、Stribeck摩擦及摩擦滞后的摩擦现象，同时也能反映出摩擦的动态和静态特征，其实把静态摩擦和动态摩擦强硬的结合在一起，那就会有两个状态间的切换问题，这样的切换问题从物理角度来来分析是不合理的，并且也没有较为明确的物理意义，在一定程度上阻碍了模型的实际执行，再加上此模型还有冗余参数，且模型结构复杂，所以，集成模型在工程上的实用价值很小。
3.5Lugre模型
Lugre模型是Dahl模型的扩充，同时也是连续摩擦模型，该模型运用了鬃毛模型的思想，Lugre模型用一阶段微分方程就能对所有动态摩擦和静态摩擦进行了描述，比其它模型更能描述摩擦现象，它也比较适用于摩擦力补偿的设计和应用。Lugre模型的缺点是不能对摩擦模型的参数进行识别。
4摩擦补偿
摩擦会在一定程度上对伺服系统造成较大影响，在不同的系统中，对摩擦进行补偿的目的也不尽相同。摩擦补偿分为两大类，一类是非模型补偿，另一类是基于模型补偿。非模型的补偿在原理上相对简单，在对两物体相对速度是零时的补偿力有限，因为补偿能力的提高关系到机械系统中的很多因素，所以非模型的补偿方法在应用方便受到很大的限制;基于模型的补偿是要根据现有的模型，并在系统中施加控制作用，对于出现在各个时段的摩擦力予以抵消。基于模型的补偿方法不能确定模型的摩擦参数，为了解决摩擦问题，目前的研究方向是基于智能控制的摩擦补偿方法，具体为重复控制方法、模糊控制方法、神经网络控制方法。
5结语
摩擦广泛存在于自然界中，并会对机械中的精密系统产生影响，因此科学合理地解决机械系统中的摩擦问题是当前的研究方向。本文对各种摩擦模型进行了分析，对于不同的控制要求，要运用不同的模型来对摩擦进行描述。摩擦模型的建立和研究是具有很大的理论和现实意义。
机械电子工程毕业论文范文篇2
论新旧混凝土机械连接的方法和受力性能
0 引言
新旧混凝土界面的连接质量是结构加固工程的关键问题，界面的粘结滑移情况、受力性能分析、界面处理和界面剂的研究等都是国内外工程界着力探讨的方向[1]。研究试验和工程实践表明，仅仅依靠新旧混凝土界面处理和有效粘结，难以满足混凝土耐久性和实际承载力的需求，因此，提出了利用机械连接件来加强新旧混凝土的界面强度。
1 新旧混凝土机械连接方法初探
在结构加固工程中，最基本的加固方法是扩大截面法，在原有的旧混凝土表面增加新的混凝土和配筋，新旧混凝土的结合面受力始终是一个薄弱环节。在新旧混凝土连接处加入机械连接件，不仅可以提高界面承载力，还可以减少新混凝土和配筋量，降低工程加固成本。近年来，最常用的机械连接件有植筋、锚杆、螺栓和射入式螺钉，连接件的形式、数量、分布及孔深等对连接效果影响非常大，然而，此类连接件的加固设计和参数选择方法基本上还停留在经验设计和数据参考阶段，而作为承受竖向荷载的主要受力构件，受压构件的加固设计理论研究更少，混凝土柱更容易由于各种原因而导致承载力不足，新旧混凝土结合面的剪力不能有效传递。针对混凝土圆柱的加固，本文提出自锁锚杆机械连接件和钢管自密实混凝土结合的复合型加固方法，在原柱周边按一定间距布置自锁锚杆(自锁锚杆施工过程见图1)，使外包压型钢板套与原受压构件表面留有一定的空隙，自锁锚杆与钢板焊接固定后，利用自密实混凝土填实空隙。
自锁锚杆是由武汉武大巨成加固实业有限公司研制的一种新型锚杆，在施工中先扩孔后灌注无机材料，由于轴向压力作用端部有自锁力，这种锚杆将机械自锁与无机粘结材料结合起来，形成了耐热、耐水、高效的锚固新技术，比较起普通的植筋技术，具有明显的优势。在新旧混凝土结合中，自密实混凝土充当“新”混凝土材料，其自重作用下的流动密实性可以很好地填充钢管和原混凝土柱之间的空隙，其微膨胀作用使得“新”混凝土和钢管以及“新旧”混凝土之间的结合更加紧密。此外，新旧混凝土作为钢管混凝土柱的核心部分，处于三向受压状态，该种加固技术利用钢管和混凝土两种不同材料在受力过程中的相互作用，最终使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性得到改善。因此，自锁锚杆机械连接件和钢管自密实混凝土结合的复合型加固法，通过自锁锚杆和钢管的连接，具有较好的安全性、经济性和可靠性。
2 新旧混凝土加固后受力性能分析
广西梧州市云龙西江特大桥某桥墩采用了自锁锚杆机械连接件和钢管自密实混凝土结合的复合型加固方法。在修复后结构现场检测的基础上，本文运用ANSYS大型有限元软件对该桥墩柱进行了数值仿真模拟，将仿真计算结果与现场检测报告的数据作综合对比，从而进一步研究圆形桥墩柱的加固后的受力性能及仿真模型的准确性。
2.1 有限元模型的建立
仿真模型的建立采用实体建模，六面体网格划分，钢筋与混凝土采用整体式模型，锚杆和钢板采用分离式模型。
2.1.1 单元类型
新旧混凝土采用Solid65三维实体带筋单元，自锁锚杆采用beam188梁单元，钢板套采用solid45实体单元。
2.1.2 本构关系
混凝土本构模型采用多线性随动强化的弹塑性模型，通过考虑计算单元刚度和应力时的拉伸强化效应，反映单元开裂后混凝土与钢筋的共同工作性能。破坏准则采用ANSYS默认的拉应力准则和W―W准则。输入的单轴受压下的应力应变曲线采用我国《混凝土结构设计规范》中的公式，并且不考虑下降段。
2.1.3 材料参数
原柱混凝土等级为C25，取其重度为2600kg/立方米，弹性模量为2.8E+4MPa，泊松比0.18，抗压强度由桥墩柱抽芯检测报告的数据取39MPa;填实的微膨胀混凝土等级为C30，取其重度为2600kg/立方米，弹性模量为3.0E4MPa，泊松比0.2，抗压强度取48MPa;桥墩柱纵筋均为II级钢筋，箍筋均为I级钢筋，经过计算，墩柱纵向配筋率为0.49%，环向配筋率为0.078%。 2.1.4 模型的建立
对整个加固后的桥墩B柱建模如图2所示，模型包括原柱混凝土单元、新混凝土单元、钢筋单元、自锁锚杆单元及钢板套单元。
2.2 结果分析
为了验证模型的正确性，由ANSYS输出的理论结果与检测报告的实测数据作对比。如表1、表2所示。
由表1和表2可知，该桥墩柱的有限元理论模拟计算结果与工程实际的检测结果基本相符，说明本文仿真模型的正确性，利用有限元软件ANSYS可以较为准确地模拟分析实际工程。在不同的工况下，桥墩柱的顺水及顺桥的水平方向位移变化幅度在3mm-5mm之间，实测数据没有呈现一定的规律变化，原因是测量误差导致，倾斜度近似为0，说明在桥面上通过汽―20级车辆荷载时没有增加墩柱的水平位移和倾斜度，因此，加固后的桥墩刚度良好。而各种工况下的最大竖向压应力也较小，均无拉应力出现，说明墩柱安全，新旧混凝土界面剪应力传递可靠，新旧混凝土和钢套之间粘结良好，可以共同受力。
3 小结
本文提出了采用自锁锚杆机械连接件和钢管自密实混凝土结合的复合型加固方法。通过工程实例检测数据分析新旧混凝土机械连接的整体受力性能，运用大型有限元软件ANSYS模拟加固的桥墩柱构件，建立了自锁锚杆连接增强新旧混凝土共同工作性能的计算模型，通过和现场检测报告的数据对比分析，理论研究和检测的数据相近，说明了本文研究的加固圆柱模型的正确性。而通过数值仿真计算可以迅速地得到桥墩柱构件的应力应变状态和变形以及更多详细的信息，可以大大减少工作人员现场检测的工作量，提高工作效率和节省加固费用。因此，自锁锚杆机械连接件和钢管自密实混凝土结合的加固法可以有效增强新旧混凝土结合面的承载力，从而提高了整体的刚度达到良好的加固效果。