U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，包括以下步驟，設(shè)梁的幾何尺寸、材料屬性、偏斜力已知，求活動(dòng)端點(diǎn)A點(diǎn)沿力作用方向的位移，以及校核強(qiáng)度；建立力學(xué)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，將此曲梁分成五段，包括AB直線段、BG曲線段、GC曲線段、CD直線段、DE曲線段，根據(jù)實(shí)際載荷F與單位載荷1，分別計(jì)算各段彎矩、軸力、剪力，進(jìn)而可以計(jì)算出關(guān)鍵點(diǎn)的正應(yīng)力和切應(yīng)力，查詢所用材料手冊，校核強(qiáng)度，確保變形在允許范圍內(nèi)。該種U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，工業(yè)設(shè)計(jì)師或結(jié)構(gòu)工程師可以利用該方法快速計(jì)算和設(shè)計(jì)產(chǎn)品出中U型懸臂梁的幾何形狀，承受載荷的信息?？梢怨?jié)省利用有限元軟件仿真的時(shí)間和成本?？s短研發(fā)時(shí)間，提高可靠性。
【專利說明】U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法。
【背景技術(shù)】
[0002]在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，有類似塑料卡扣或金屬彈片的彈性體結(jié)構(gòu)，為了在有限的空間內(nèi)獲得較大的變形而不屈服，往往設(shè)計(jì)成各種形狀的曲線懸臂梁結(jié)構(gòu)。塑料零件的卡扣設(shè)計(jì)存在于日常生活的各種產(chǎn)品當(dāng)中，它的優(yōu)點(diǎn):1、有生產(chǎn)快速裝配，節(jié)省生產(chǎn)成本；2、省去螺釘、螺母、膠等裝配零件成本；3、卡扣通常和殼體結(jié)合在一起，不易丟失。金屬彈片一股應(yīng)用于需要較精確控制壓力大小的場合，它與高分子塑料相比，應(yīng)力應(yīng)變曲線在彈性范圍內(nèi)更接近線性，材質(zhì)連續(xù)且均勻，各向同性方面也要優(yōu)于塑料。
[0003]據(jù)可查閱的資料顯示，國外主要聚合物公司在20世紀(jì)末就有針對卡扣設(shè)計(jì)的研究，其卡扣計(jì)算公式主要通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正得到的，主要是力學(xué)模型是等截面矩形、梯形、圓形、圓環(huán)形懸臂梁，以及變厚度和變寬度懸臂梁。對曲線懸臂梁的介紹較少，幾乎沒有理論計(jì)算方法的說明，隨著近年來有限元分析方法的引用，曲線懸臂梁的設(shè)計(jì)可以參照有限元仿真的結(jié)果。但是需要相關(guān)軟件的支持。
[0004]國內(nèi)對卡扣的早期研究主要是卡扣連接的工作原理方面，對于具體的設(shè)計(jì)計(jì)算涉及較少，大部分停留在對不同卡扣原型工作原理進(jìn)行介紹的層面，在卡扣的關(guān)鍵尺寸的研究方面還局限在懸臂梁和環(huán)形卡扣等較少類型，與國外差距較大。
[0005]上述問題是在U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)予以考慮并解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的針對卡扣設(shè)計(jì)的研究，其卡扣計(jì)算公式主要通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正得到的，主要是力學(xué)模型是等截面矩形、梯形、圓形、圓環(huán)形懸臂梁，以及變厚度和變寬度懸臂梁，對曲線懸臂梁的介紹較少，沒有理論計(jì)算方法的說明的問題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0008]一種U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，包括以下步驟，
[0009]設(shè)梁的幾何尺寸、材料屬性、偏斜力已知，求活動(dòng)端點(diǎn)A點(diǎn)沿力作用方向的位移，以及校核強(qiáng)度；
[0010]建立力學(xué)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，將此曲梁分成五段，包括AB直線段、BG曲線段、GC曲線段、CD直線段、DE曲線段，根據(jù)實(shí)際載荷F與單位載荷1，分別計(jì)算各段彎矩、軸力、剪力，進(jìn)而可以計(jì)算出關(guān)鍵點(diǎn)的正應(yīng)力，查詢所用材料手冊，校核強(qiáng)度，確保變形在允許范圍內(nèi)。
[0011]優(yōu)選地，令偏斜力=F ;彈性模量=E ;切變模量=G ;寬度=B ;厚度=H ;第一段直梁長度=L1 ;第二段直梁長度=L2 ;第一段曲梁形心層半徑=Rb:第二段曲梁形心層半徑=Rs ；k為截面系數(shù)，對于矩形截面k=l.2 ；
[0012]根據(jù)莫爾積分原理，位移可由公式(I)求得
【權(quán)利要求】
1.一種U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，其特征在于:包括以下步驟， 設(shè)梁的幾何尺寸、材料屬性、偏斜力已知，求活動(dòng)端點(diǎn)A點(diǎn)沿力作用方向的位移，以及校核強(qiáng)度； 建立力學(xué)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，將此曲梁分成五段，包括AB直線段、BG曲線段、GC曲線段、CD直線段、DE曲線段，根據(jù)實(shí)際載荷F與單位載荷1，分別計(jì)算各段彎矩、軸力、剪力，進(jìn)而可以計(jì)算出關(guān)鍵點(diǎn)的正應(yīng)力，查詢所用材料手冊，校核強(qiáng)度，確保變形在允許范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，其特征在于:令偏斜力=F;彈性模量=E ;切變模量=G ;寬度=B ;厚度=H ;第一段直梁長度=L1 ;第二段直梁長度=L2 ;第一段曲梁形心層半徑=Rb ;第二段曲梁形心層半徑=Rs ；k為截面系數(shù)，對于矩形截面k=l.2 ； 根據(jù)莫爾積分原理，位移可由公式(I)求得
3.如權(quán)利要求1所述的U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，其特征在于:計(jì)算AB段的M(X)和[M(x)，F(xiàn)n(X)和Fs(X)和1^(^).AB段O≤X1≤L1:
M(X1) = F.X1.cos a ； M(X1) = 1.x - cosα ;
M(B) =F.L1.cos α ； M(S) = 1.L1-Cma ;
Fn(X1)=-F.sin α ； Fx(Xl) = -1-%m α β
4.如權(quán)利要求1所述的U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，其特征在于:計(jì)算BG段的M(X)和[SM，F(xiàn)n(X)和_，F(xiàn)s(X)和畫； BG 段 O ≤ Θ: ^ π/2-a:
5.如權(quán)利要求1所述的U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，其特征在于:計(jì)算CG段的M(X)和_， Fn(X) ?Ρ[%β} Fs(X)和_ ；
6.如權(quán)利要求1所述的U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，其特征在于:計(jì)算CD段的
7.如權(quán)利要求1所述的U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，其特征在于:計(jì)算DE段的M(X)
8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，其特征在于:計(jì)算水平方向位移:

9.如權(quán)利要求8所述的U型懸臂梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模算法，其特征在于: 令α=0，ρ=0，同時(shí)不考慮軸力和剪力的影響，水平方向位移的計(jì)算公式簡化為:
【文檔編號】G06F17/50GK103955553SQ201410062072
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】許莉鈞, 高俊, 袁自龍 申請人:南京工程學(xué)院