DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 讨论 问卷编制过程中，首先进行了 “团体访谈”。从团体访谈可以看到，大学生根据自己的现实生活需要和发展阶段的心理需求，描述出的网络交往动机具有一些独特性，比如“网上群体交往更能够避免网下群体交往的现实障碍而可以获得更多的归属感和存在感”，这与其发展阶段的自我认同需求密切相关；而“网络交往可以增加很多渠道自由地扩大交往面，建立和发展亲密关系”，又能满足本阶段特殊的交往需求。由团体访谈的结果，以依恋理论的视角建构问卷模型。按照问卷编制流程，通过开放式问卷收集题项；借鉴依恋理论对题项进行归类，形成基本问卷；通过“专家评定”形成初测问卷；初测后进行探索性因素分析，根据抽取的因子结构再次优化题项，形成正式问卷；大规模随机抽样调查后，从探索性因素分析和验证性因素分析的结果看，数据非常符合理论构想。以往研究中分散出现的一些与交往相关的动机维度在本问卷中集中体现，所提取的四个潜变量反映了大学生网络社会交往的主要动机，由于借鉴依恋理论建构模型，各维度的水平更加一致，维度的内涵更加清晰聚焦。这比单纯开放式问卷获得的题项更能深入反映大学生网络交往的根本动机。此外，本研究选用的校标量表是国内最近的相关研究， Table 4 The coefficient of internal consistenc 总量表 沟通交流 自我认同 情绪调节 亲密依恋 Cronbach′sα系数 0.832 0.793 0.773 0.677 0.809 表4. 内部一致性系数 Table 5 The calibration validit 网络交往动机 沟通交流 自我认同 情绪调节 亲密依恋 网络使用动机_校标 .485 ** .320 ** .304 ** .368 ** .324 ** 网络交往动机_校标 .477 ** .299 ** .297 ** .324 ** .368 ** 表5. 校标关联效度 也是在网络交往/网络使用动机方面研究较为成熟的两份问卷；同时，与其他同类或类似的问卷相比，这两份问卷的理论构想与本研究构想相对接近，作为校标工具更具有检验价值。验证性因素分析结果也表明一阶模型拟合较好，对两个模型的比较结果说明一阶模型的设置合理，即大学生网络交往动机为由4个一阶因素组成的多维模型。这与本研究假设一致，即验证了大学生网络交往动机的多维结构。同时表明大学生网络交往动机问卷的结构效度良好。 依恋理论作为人格心理学和发展心理学的核心理论之一，以依恋理论作为导向可以更加整合地了解人格、动机、行为之间的内在关系。这样的多维模型可以更好地反应网络交往动机的内在人格因素的不同作用方向和强度。网络交往和所有社会交往一样，既是网民个体化、社会化成果的体现，也是促进其个体化和社会化的胚胎。“青少年的线上生活与线下生活具有心理上的内在联系。青少年可能将线下生活的议题带到线上生活中。”从发展心理学的角度看，“青少年和大学生的核心发展议题包括：认同、性和亲密关系(Subrahmanyam & šmahel， 2011)。”一方面，大学生的个体化、社会化水平可以影响大学生网络交往行为方式，包括网络交往的方式和对象等；反之，大学生借助网络交往可以实现其个体化和社会化发展的需要。对于大学生来说，内在成长阶段的需求和外在心理发展的课题的压力，共同强化了网络交往中的“交往”和“认同”动机。同时，由于依恋基础导致的人格功能水平不同，加之发展阶段的特点，使很多大学生的情绪管理成为大学生的重要心理课题，但大学生往往在情绪管理方面能力不足，青春期的内在压力和大学阶段的学习和发展压力集中在大学阶段，情绪起伏大，应对能力和应对措施有限，导致利用网络交往的不同方式来缓解压力调节情绪的现象十分普遍，使情绪调节动机也会是大学生网络交往的重要动机；另外，从以往对网络成瘾行为的研究中发现，网络关系成瘾是网络使用中比较突出的一个类别(杨容等，2004)，“网恋”也是网络交往行为的普遍现象，人们会借助网络来建立和发展各种社会关系，包括亲密关系，甚至导致网络关系成瘾(Young，1996；萧铭钧，1998)。所以，本研究提出亲密依恋的内在需求是大学生网络交往的重要动机，与发展和维持普通社会关系有所区别。
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user: 5. 结论 本研究以依恋理论为指导建构模型，严格按照心理测量的程序，完成了“大学生网络交往内在动机问卷”的编制。结果表明： (1) 基于依恋理论的“大学生网络交往动机”问卷是一阶多维度结构，一阶因子包括：沟通交流动机、自我认同动机、情绪调节动机和亲密依恋动机。具有良好的信效度，可用于测量大学生网络交往动机。 (2) 基于依恋理论编制的“大学生网络交往动机”问卷，一方面较好地反映了大学生网络交往的主要内在动机，也从依恋理论的视角看到了大学生人格发展的内在动力在网络交往行为方面的体现。
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user: 摘 要 生物降解地膜是解决地膜残留污染问题的重要途径，对农业发展潜力巨大，但不同生物降解地膜对不同生态区域玉米生长的适配性各异，影响其推广应用。本文通过大田试验，从地膜田间降解特性、土壤保温性、作物生长发育、产量及其构成因子、残留地膜覆盖率等方面对9种可降解生物地膜与普通PE (CK 1 )地膜和露地栽培(CK 2 )进行了对比研究。结果表明：试验筛选出GS05、GS09、GS10和GS03四种生物可降解地膜，玉米生长前期降解缓慢，中期和后期降解较快，与玉米生长发育适配性较好；10 cm处土层地温在玉米全生育期、出苗至拔节期、抽雄至灌浆期分别比CK 1 降低0.1℃~0.5℃、0.5℃~1.0℃、0.2℃~ −0.5℃；成熟至收获期日较差提高了−0.9℃~0.6℃；出苗率、株高、茎粗、棒穗长、每棒穗粒数、千粒重分别比(CK 1 )提高了−3.3~3.4百分点、−16.7~−3.5 cm、−0.2~−0.3 cm、−2.7~0.0 cm、−33.7~−16.4粒、−17.3~−7.0 g；玉米产量12，664.5~14，493.0 kg/hm 2 ，较CK1减产0.6%~13.1%，说明四种生物可降解地膜和普通地膜对玉米产量影响差异不大，较CK 2 增产86.3%~113.1%，产量差异达极显著水平。四种生物可降解地膜的覆盖率，玉米收获时分别为25.8%、64.3%、24.4%和51.5%，至翌年玉米播种时分别为3.3%、7.4%、6.2%和16.5%，说明四种生物可降解地膜的降解特性基本符合北方高海拔灌区玉米生长对环境的要求，完全可以替代传统地膜。 关键词 :玉米，生物降解地膜，降解性能，产量 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 地膜覆盖栽培具有增温保墒、抑制杂草、减少病虫害、抗旱防寒、提高水肥利用率、促进土壤微生物活动等作用，提高了作物产量和种植效益。随着农作物结构的调整，尤其是西北高海拔区域，其有效地解决早春气温低，春季干旱的问题，地膜覆盖技术尤其是全膜双垄沟播技术的应用，为甘肃农业生产发展做出了不可替代的贡献 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。随着农膜使用量的持续增加和使用年数的增长，废旧农膜对环境造成的“白色污染”日益突出。据农业部调查，目前我国地膜残留量一般在60~90 kg/hm 2 ，最高达165 kg/hm 2 。研究表明，甘肃省农田地膜残留量27. 62~42.26 kg/hm 2 ，农田残膜污染已成为旱作农业区最大的面源污染物，也成为影响农田环境的重大威胁之一 [ 4 ] 。大量田间试验证明，生物降解地膜与普通PE地膜一样，具有保温、保水的作用，且在土壤性状及促进作物生长方而均优于普通PE地膜，可在田间降解而消失，对土壤无污染 [ 5 ] 。加拿大St. Lawrence淀粉公司开发了淀粉一聚乙烯或聚丙烯的共混物，制备出各种生物降解性不同的塑料 [ 6 ] 。随着我国社会经济收入的逐年提高，农业的轻筒化、高效化、生态化是现代农业发展的趋势。因地制宜的选择生物降解性地膜，能减轻劳动强度、减少捡拾人工成本和残膜二次加工处理中产生的污染物，是解决地膜残留污染的有效途径， 也是实现农业持续高效、生态循环发展的重要措施。 试验基点选定于临夏县北源灌区，位于甘肃省临夏州临夏县东北部，共辖2镇7乡。全区土地总面积20，260.62 hm 2 ，耕地面积9654.39 hm 2 ，基本农田面积7242.72 hm 2 ，有效灌溉面积7133 hm 2 ，保灌面积6733 hm 2 ，属大陆性温带半干旱气候，平均海拔1900 m，多年平均气温6.8℃，多年平均降水量500 mm，多年平均蒸发量1343 mm，全年日照时数2573.7 h，平均无霜期为160 d，是甘肃省粮食主产区之一 [ 7 ] [ 8 ] 。为解决临夏北塬灌区覆盖普通地膜所造成的“白色污染”问题，本试验于2015年从国内大型地膜生产厂家引进9种降解地膜，以普通地膜和无覆盖地膜为对照，在同一气候、相同田间栽培管理条件下进行玉米田间对比试验，通过降解地膜玉米的田间降解特性、影响因子、农艺性状等进行监测分析评价，研究其降解性能、农田适用性等主要功效以及对作物产量的影响，综合评价不同类型地膜的降解产物对土壤环境的影响；并对每个参试地膜做出客观、公平、公正评价，试验研究评估提出与北塬灌区特点相适宜的全生物降解膜种类和生产厂家，为农业持续发展，减轻农膜污染开辟新途径。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 试验地概况 试验于2015年3至2016年3月在甘肃省临夏州农科院现代农业站(35˚601'N， 103˚198'E)进行，有灌溉条件，试验土壤为黄土高原发育而成的塬地黄麻土，质地中壤，pH值为8.2，有机质为16.3%，全氮、全磷和全钾分别为1.01 g/kg、0.73 g/kg和1.01 g/kg，速效氮、速效磷和速效钾分别为72.0 mg/kg、34.5 mg/kg和89.0 mg/kg。 2.2. 材料 参试降解地膜9种，其中7种全生物降解膜，2种热氧化生物双降解地膜；地膜类型、生产厂家和规格如表1。试验所用降解地膜均由甘肃省农业生态环境保护管理站提供。 指示作物为玉米，品种为金凯5号。 2.3. 方法 2.3.1. 试验设计 试验共设11个处理，9种生物降解地膜(GS01、GS02、GS03、GS04、GS05、GS06、GS07、GS09、GS10)、普通地膜(CK1)和不覆膜(CK2)，每个处理为1个试验小区。采用大区对比试验，小区宽6.6 m，长72 m，种植12行区，小区面积475.2 m 2 。地膜处理种植方式为全膜双垄沟播栽培，大垄70 cm，小垄 Table 1 The film type， manufacturer and specification tabl 参试编号 类型 生产厂家 规格 GS01 全生物可降解地膜 广东励农丰 厚度0.01 (mm)、宽度120 (cm) GS02 全生物可降解地膜 海南威盛 厚度0.01 (mm)、宽度120 (cm) GS03 全生物可降解地膜 巴斯夫中国 厚度0.01 (mm)、宽度120 (cm) GS04 全生物可降解地膜 亿帆鑫富 厚度0.01 (mm)、宽度120 (cm) GS05 全生物可降解地膜 广东金发 厚度0.01 (mm)、宽度120 (cm) GS06 热氧化生物双降解地膜 山东天壮 厚度0.01 (mm)、宽度120 (cm) GS07 热氧化生物双降解地膜 珠海万通 厚度0.01 (mm)、宽度120 (cm) GS09 全生物可降解地膜 新建康润洁地膜 厚度0.01 (mm)、宽度120 (cm) GS10 全生物可降解地膜 江苏中科金龙 厚度0.01 (mm)、宽度120 (cm) PE (CK1) 普通地膜 甘肃济洋塑料 厚度0.01 (mm)、宽度120 (cm) 表1. 参试地膜类型、生产厂家及规格表 40 cm，垄高均在15~20 cm，大、小垄中间为播种沟，每个播种沟对应一大一小2个集雨垄面，大小垄总宽110 cm，用小型拖拉机牵引专用覆膜机覆膜，试验四周高保护行。 试验于 4 月 12 日 机械覆膜，覆膜前基施玉米复混专用肥750 kg/hm 2 ，4月13~14日人工穴播点种，每穴2粒，株距27.5 cm，5月8~10日定苗，保苗66000株/hm 2 ；6月16日玉米拔节期追施尿素375 kg/hm 2 ，灌水方式采用大水漫灌方式，灌水时期为拔节期和灌浆期2个时期。病虫草害防治统一大田管理。 2.3.2. 测试项目与方法 1) 地膜降解速度及程度测定。观察时间为2015年4月~2016年3月周年连续记录。地膜降解程度测定：出苗后，每小区选择具有代表性的10个定位观察样方，面积50 cm × 50 cm，进行田间定点观察记载、拍照并记录地膜表观变化动态情况、标记地膜开始降解时间等所需数据采集工作。从地膜铺设后第10天开始，玉米生长期间，每隔10天及地膜降解关键时期，记录1次降解情况；玉米收获后，每隔30天记录1次，连续记录5月。 记录地膜降解速度参考指标：0级：完整期：未出现裂纹；1级：地膜诱导期：出现裂纹(≤2厘米)；2级：破裂期：裂缝(2~20厘米)；3级：崩裂期：大碎块(≥20厘米)；4级：破碎期：小碎片(大碎块破裂，网状裂纹)；5级：完全降解期：地膜裂解为4 cm × 4 cm以下碎片，覆盖率 < 50%。降解速度级别记载，以10个定位样点中6个样点达到相应级别参考指标，为该地膜的降解程度级别，包括地膜内因降解和外因破坏。 记录地膜降解程度参考指标：在地膜降解后期(9月)开始，在10个样方内，用网状目测残留地膜覆盖率(残留地膜覆盖率 = 样方内残留地膜覆盖面积/样方面积 × 100%)，进行统计分析。 2) 土壤理化性状。土壤温度：采用直管水银地温计进行测定，记录土层10 cm处地温，从覆盖当天起每隔7~10 d记录1次，连续记录7月，测定时间为9：00、13：00和15：00。 土壤水分：采用取土烘干法，在播种前期和收获后，多点采集0~20 cm土层，测定不同降解地膜处理的土壤水分。 3) 杂草影响度，收获时目测观察样方内的杂草生长量确定，级别定为三级，分别为较多、中等、较少。 作物生长发育进程、出苗率、农艺性状及产量测定。作物生长发育进程：同步记录出苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期、成熟期。出苗率及农艺性状测定：成熟期每小区取有代表性3点，每点连续选择10株，共30样株，统计其出苗率；同时取样进行室内考种，考察穗长、穗粗、穗粒数、千粒重等指标。产量指标测定：收获前，在各处理小区内取有代表性3点，视试验重复数，每样点面积为30 m 2 ，实收测定生物产量、脱粒计经济产量，计算产量，并进行统计分析。 2.3.3. 数据处理及统计分析 用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0进行数据统计分析。
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user: 4. 结果与讨论 4.1. 不同生物降解地膜其田间降解性能各异 可降解地膜的降解率不同是由于其主要成分不同，进而影响着它在降解过程中的降解速率 [ 9 ] ，不同类型完全生物降解膜的降解速率和强度不同，降解膜厚度越小降解速率越大，白色降解膜比黑色降解膜的降解速率快 [ 10 ] ，诱导期越短的生物降解地膜，降解速度越快 [ 11 ] 。可降解材料的降解特性通常与其化学组分、工艺参数、贮藏与使用环境有关 [ 12 ] ，生物降解地膜降解过程受到自然因素的影响较大，在不同温度和水分条件下都会发生不同程度的降解 [ 13 ] 。一般认为，温度越高，水分越大，降解越强烈 [ 14 ] 。本试验结果也验证了这一点，同品种降解地膜在不海拔高度其降解有显著差异，在同一试验小区内的不同样方内，表现有异，气候要素决定了降解膜降解性能的差异 [ 15 ] 。本研究结果表明，两种光热解生物双降解地膜其降解性能差异较大，GS07降解较缓慢，GS06降解相对较快，可能与其成份和结构有关。GS01地膜柔韧性特差，诱导期短后期降解速率快。GS02对温度和光照反应敏感，进入破裂期早，遇低温和弱光柔韧性变差，不适宜本地区应用。 4.2. 不同生物降解地膜对10 cm处土层温度的影响 前人研究表明，可降解地膜覆盖在玉米生育前期具有保温的显著效果，而中后期增温作用不明显 [ 16 ] [ 17 ] ；申丽霞 [ 18 ] 等研究表明，可降解地膜和普通地膜覆盖能明显提高玉米播种后2个月的地表和地下10 cm Table 6 Effect of different biodegradable film on corn yield and composition factor 处理 穗长(cm) 穗行数(行) 行粒数(粒) 穗粒数(粒) 千粒重(g) 产量 (kg/hm 2 ) 较CK2 显著性 增产 (kg/hm 2 ) 增产率(%) 5% 1% GS01 19.8 19.6 38.5 704.7 345.6 12，565.5 5766.0 84.8 ab A GS02 19.0 19.6 37.8 702.8 350.0 10，114.5 3315.0 48.8 bc AB GS03 20.4 19.8 39.0 738.4 369.0 12，664.5 5865.0 86.3 ab A GS04 19.7 19.6 35.9 704.3 343.3 11，290.5 4491.0 66.0 ab AB GS05 22.6 20.0 38.2 728.8 368.0 14，493.0 7693.5 113.1 ab A GS06 21.6 19.3 37.4 721.2 356.0 12，240.0 5440.5 80.0 ab AB GS07 22.2 19.8 39.2 776.2 392.0 14，974.5 8175.0 120.2 a A GS09 20.7 20.1 36.2 755.5 364.0 12，835.5 6036.0 88.8 ab A GS10 19.9 19.7 35.8 740.2 358.7 12，721.5 5922.0 87.1 ab A CK1 22.6 19.5 37.9 771.9 376.0 14，577.0 7777.5 114.4 a A CK2 18.6 19.0 35.9 679.9 279.0 6799.5 -- -- c B 表6. 不同生物降解地膜处理对玉米产量及构成因子的影响 的土壤温度，此期适宜的土壤温度和水分含量是保证出苗率的关键。本研究结果表明，可降解地膜和普通地膜覆盖与露地种植相比较均能提高10cm处土层的温度，特别是玉米的苗期至拔节期温度提高0.7℃~2.1℃，抽雄至灌浆期温度提高0.4℃~0.9℃，成熟至收获期温度提高−0.7℃~0. 8℃；10 cm处土层的日较差呈现玉米生长前、后期变幅较大，中期较小。全生育温度与产量呈对数模式：y = 46，701 ln(X) – 11，927，R 2 为0.617，其相关性相对较高；出苗至拔节温度与产量呈对数模式y = 3925 ln(X) – 10，447，R 2 为0.739，有较高的相关性，其余各期温度与产量相关性不高或无相关性。 4.3. 不同生物降解地膜对产量及其构成因子的影响 闫桂华 [ 19 ] 等研究表明，地膜覆盖条件下，幼穗分化至成熟时间较长，光合产物积累较多，使玉米产量构成因子的穗粒数、千粒重提高，从而提高玉米的产量，达到增产增收的目的。本研究结果表明，参试的不同生物可降解地膜对玉米生长进程的影响与PE地膜无明显差异，而露地处理(CK 2 )使玉米生育进程明显推迟，收获时未达成熟程度指标。不同的生物可降解地膜进入破裂期的时期对玉米的出苗率、株高、茎粗、长势等影响较大，进入时期早，相应综合性状较低，长势较弱，抵制杂草能力低。地膜降解速率以前期降解慢，持续时间长的处理，其穗粒数、千粒重、产量较高，特别是降解进入崩裂期早，产量及其构成因子均低。本试验发现，成熟至收获期10 cm土层温度日较差与玉米千粒重呈二次抛物线模式，y = −27.6860X 2 + 151.6747X + 161.6248，R 2 值为0.7730，有较高的相关性，用效应方程推算出最在千粒重时的日较差为2.74℃。 4.4. 不同生物降解地膜对土壤农膜残留量与产量影响 筛选和评估生物可降解地膜的标准，主要以地膜覆盖作物的产量、地膜残留量和覆膜成本。生物降解地膜主要解决耕地土壤中的地膜残留污染问题，目前，我国属于起步阶段，随着降解材料技术的进步和农业生产环境变化，生物降解地膜的应用将具有良好的前景 [ 20 ] 。为了加快成果的应用转化，在农业生产中，应加大田间生物降解地膜品种筛选力度，迟早筛选出适宜本区域和分作物的生物降解地膜产品，以满足和适应农业生产多样性的要求。 本试验通过指示作物产量、地膜残留量和抑制杂草等因子，筛选出适宜于北方高海拔灌区玉米覆盖生物降解地膜的品种为GS05、GS09、GS10和GS03。
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user: 摘 要 变速箱是插秧机的核心部件之一。本文针对插秧机变速箱箱体改造，应用逆向工程软件Geomagic spark来重构变速箱箱体，并对其进行优化设计。首先，利用手持式激光扫描仪对变速箱箱体进行扫描，获取三维点云数据；再利用正逆向混合软件Geomagic spark对扫描得到的点云数据进行三角形网格模型重建；依据三角形网格数据重构变速箱箱体的三维几何模型。根据得到的三维几何模型对模型进行优化，最后在SolidWorks Simulation中进行有限元分析，为箱体的优化设计提供了理论基础。利用逆向工程技术对插秧机变速箱箱体进行优化，可以缩短设计周期，降低设计成本。 关键词 :变速箱箱体，逆向工程，Geomagic Spark，几何模型，优化设计 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 逆向工程技术是根据已有的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进 [ 1 ] 。其作为一种新型的产品设计方法在吸收国内外先进制造技术、缩短产品开发周期以及降低生产成本等方面发挥着重大作用 [ 2 ] ，有利于促进技术的再创造，提高零件市场的商业竞争力 [ 3 ] 。目前，逆向工程技术在国际上已广泛应用到众多领域，包括飞机、汽车、消费性电子产品、医疗器械、运动器材、珠宝等工业领域。我国逆向工程技术在工业领域应用中快速发展，如汽车 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 、叶轮 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 等。目前主流应用的三维逆向设计软件有：Imageware，Geomagic，CopyCAD和RapidForm等。其中Geomagic Spark是业界唯一一款结合了实时三维扫描、三维点云和三角网络编辑功能以及全面CAD造型设计、装配建模、二维出图等功能的三维设计软件。 随着CAD/CAM/CAT技术的快速发展，为逆向工程的应用提供了有利条件。传统的产品设计通常是从概念设计到图样绘制，再制造出产品，称之为顺向工程;逆向工程即是对零件或原模型提取数据生成图样，再制造产品，如图1所示 [ 11 ] 手扶式插秧机作为农业机械之一，在水稻种植上发挥着重要作用。机动插秧机主要包括工作区和行走区两大部分：工作区由插秧机构、移盘机构、送秧机构、秧盘、压苗架等机构组成，而动力行走区由发动机、变速箱、驱动轮、传动区等组成 [ 12 ] 。变速箱及其传动机构是手扶式机动插秧机的核心部件，对传动机构进行优化设计，可以降低整机能耗，提高整机可操作性。本文针对插秧机变速箱箱体进行优化 图1. 逆向工程流程图 设计，由于对插秧机传动机构进行了优化设计，而变速箱作为传动机构的前置机构，故需对变速箱箱体进行结构上的优化设计。
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user: 2. 变速箱箱体点云数据获取 对于像变速箱箱体一类的零件，零件结构、圆弧过度复杂，同时考虑到扫描的效率，采用非接触式激光扫描法进行三维扫描。采用手持式Handyscan 3D扫描仪作为扫描设备，Handyscan 3D便携式激光扫描技术可靠、准确，而且使用简单。Handyscan 3D扫描仪使用三角测量及双目镜观察，实际可将本身自定位到管道上一个独特的动态参照系统，这能够保证测量重复性和精确度较高。生成的 3D扫描图像会准确地调整为真实的几何图像，从而能够更方便地观察表面缺陷。在实物模型上必须做好扫描所需的标记，扫描准备工作完成，如图2所示。 变速箱箱体整体结构较为规则，因此可将其直接摆放在工作台上，扫描采用非接触方式，在保证不碰触箱体的前提下不加外力固定。由于箱体摆放时，一面朝下，一次扫描无法得到箱体内部点云数据，箱体顶面扫描完成后调整位置再次扫描且保证2次扫描数据有重合部分，完成所有扫描后再拟合成一个整体。2次扫描得到的变速箱箱体外形结构，最终在Geomagic Spark软件中形成变速箱箱体原始点云数据，如图3所示。 图2. 实验仪器与对象。(a) 手持式激光扫描仪；(b) 插秧机减速器箱体 图3. 箱体点云数据
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user: 3. 点云数据预处理 得到变速箱箱体的点云数据后，必须对数据进行处理，而点云数据的预处理是逆向工程的关键，结果将直接影响到后期模型重构的质量。在进行逆向建模之前，对采集的点云数据进行筛选，删除无关的扫描数据、减少噪点、合并、简化、对齐等步骤。 3.1. 去除无关点云数据 变速箱箱体是直接放在工作台面上扫描的，在扫描过程中，有时候会得到工件以外的数据，为了最后能得到较好的三维模型，在Geomagic Spark中，将界面放大变换角度使用“选择”工具手动选取非工件部分扫描数据并删除。 3.2. 减少噪点 在扫描过程中，工件表面各处的粗糙度不同，空气中的杂质折射等的影响，最后扫描得到的工件表面有不同程度的噪点，为了使的得到的模型过度较为光滑，再使用“减少噪点”的工具去除噪点。 3.3. 点云数据的合并 在扫描过程中，为了保证最后的扫描结果更精确，因此在扫描时，必须多次转换手持式扫描仪的角度。操作过程中，每一次转换扫描仪，则进行新一次的扫描，即每一次手柄的角度对应一次扫描。因此，变速箱箱体的一个摆放姿态，是由多次扫描得到的。 “合并”作为逆向工程中的其中一个步骤，完成点云数据合并的同时，也完成了数据的网格化，即由原来的三个点组成了三角形的面片，点云数据变成网格数据。 经过上述的处理，得到的网格数据如图4所示。
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user: 4. 实体化网格模型 对于需人工处理的其他部分，主要为网格的实体化，参照网格模型，通过上述点云数据的预处理，最后生成了三角网格模型，需要将三角网格模型实体化，即需要人工处理，依据Geomagic Spark提供的网格模型捕捉功能、辅助草绘以及直接建模技术，可迅速完成其他部分的创建，完成模型的简历之后，将模型保存为.igs的格式，并将其倒入到Pro/E软件中，对网格模型进行优化。优化完成之后的三维模型如图5所示。 图4. 箱体三角网格模型 图5. 实体化的网格模型。(a) 优化前的实体模型；(b) 优化后的实体模型
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user: 5. 有限元分析 有限元法把连续体离散成有限个单元，每个单元的场函数是只包括有限个待定节点参量的简单场函数，这些单元场函数的集合就能近似代表整个连续体的场函数。根据能量方程或加权参量反腐方程可建立有限个待定参量的代数方程组，求解此离散方程组就能得到有限元法的数值解。有限元法已被应用于求解线性和非线性问题，并建立了各种有限元模型，如协调、不协调、混合、杂交、拟协调元等 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 。结合计算机辅助设计技术，有限元法也被用于计算机辅助制造中。 Simulation是SolidWorks公司开发的一种功能强大的有限元分析软件。它作为嵌入式分析软件与SolidWorks无缝集成，成为了顶级的销量产品 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] 。SolidWorks Simulation能够提供丰富的计算与分析工具来对较复杂零件及装配体进行运算、测试和分析、产品设计及优化、线性与非线性分析。 5.1. 有限元分析前处理 我们创建几何模型，是通过proe三维建模软件创建的。有限元分析前须对模型进行简化，而我们在此直接在proe中进行简化，如去除边的倒角或者圆角，以便于对模型进行网格划分。而模型简化时，应避免模型在进行分析时出现奇异点，即模型分析时出现应力集中现象，应避免这些问题的出现。 对模型进行有限元分析时，主要包括：模型创建-确定模型材料-网格划分-确定夹具-给定载荷-结果分析。 如图6所示，插秧机变速箱箱体为通过扫描，再进行后处理形成三角网格，最后再进行实体化，并在proe中进行优化的几何模型，将其导入到SolidWorks中，并且进行了模型的简化，之后定义模型的材料，模型材料为铝合金。 之后，则对模型进行网格划分，此处进行网格划分时，要严格控制网格大小，网格大小控制合理，则模型的运算结果越接近实际。我们设定网格大小为4 mm，而网格比率为1.5，生成的网格如图7所示。 5.2. 动力学仿真分析 通过有限元分析的方法对优化的变速箱箱体进行静力学分析，通过仿真结果验证设计的可行性。本项目中我们使用SolidWorks Simulation进行产品部件的分析，计算零件的应力、应变等。 图6. 模型的简化 图7. 箱体网格的划分 在4.1中，我们已经定义了变速箱箱体的材料，并划分好了网格。变速箱工作过程中，箱体用来固定传动轴，主要受到齿轮啮合过程中轴向力、径向力和圆周力，除此之外，传动过程中还将产生热，在此我们只对箱体做静力学的仿真分析。 根据变速箱箱体在机体中的受力情况，对其进行动力仿真分析。箱体上的轴承窝坐处用来安装轴承，因此，箱体的受力点主要在箱体的轴承窝坐处。箱体有两处结合面，一处为与传动轴箱体连接的小端面，另一处为与变速箱箱盖连接的大端面，将这两个端面固定，在箱体的受力点处添加力。完成以上工作后，我们对其进行求解，得到变速箱箱体的应力分布图及应变图，分别如图8中的a、b所示。 如上有限元分析中，变速箱箱体的最大应力为14.1 MPa，屈服强度为27.5 MPa，箱体材料为铝合金，其安全系数我们取1.25，根据(1) (1) 计算的许用应力为22 MPa，故最大应力小于许用应力。 应用solidworks simulation进行变速箱箱体的有限元分析，在上面静力学分析中可以获得箱体单体的受力情况，掌握变速箱箱体在给定工作条件下受力最大的部位及其是否符合强度要求，为传动轴工作的 图8. 变速箱箱体静应力分析。(a) 应力云图；(b) 应变云图 可靠性提供了理论依据。
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user: 6. 结语 基于Geomagic Spark平台的正逆向混合设计方法，利用网格模型捕捉设计意图以辅助正向设计以及产品的优化设计，可以进行数模的快速重建与再设计，极大地提高了复杂零件的重构效率。而变速箱箱体就是通过正逆向混合设计方法先进行模型的重建，再对其进行优化。 本文则根据插秧机传动机构的优化，进而对变速箱箱体做的优化设计，通过优化设计，首先改变的变速箱箱体的结构，再对其进行有限元分析，完成了箱体的强度分析。为变速箱箱体优化设计提供了理论依据。
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user: 摘 要 低散射金属支架是隐身武器研制过程中的重要装备，主要用于电磁散射测量中的目标支撑。在紧缩场中对待测目标进行RCS测量时，目标定位结构形式及支架整体刚度性能非常重要。本文对橄榄形截面金属支架结构特点进行了分析，并计算了空间转轴位置参数。在200 kg载荷下进行力学分析，借助ADAMS对运动特性进行了仿真分析，得到了运动关系曲线，为此类金属支架原动装置的设计制造提供有效的参考依据。 关键词 :电磁散射，金属支架，运动计算，仿真分析 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 在紧缩场中对飞行器等目标进行电磁散射测量需要一个可靠的目标支撑系统，目标支撑结构是最重要的背景噪声来源之一，这种支撑系统应具有较低的RCS (Radar Cross-Section，雷达散射截面)值，其结构的性能非常重要，使目标处于静区范围内，同时保证目标和地面之间有足够的距离，以降低地面耦合干扰回波，以便使测量数据可靠。 目前，主要有三种类型目标支撑结构，按照发展顺序分别是：泡沫塑料支架、高强度非金属吊线以及金属支架。泡沫塑料支架的主要优点是造价低，成型方便，有很低的RCS。缺点是强度低，稳定性差，不能胜任较大目标测量。高强度非金属吊线这种支撑结构需要的吊绳反射要比其他支撑物低，可以不破坏目标的表面结构，和目标的耦合很小，充分利用静区空间；缺点是要求吊绳需要具有较高强度，不易拉伸，可以支撑较重的物体，装载和方向调节不方便，受风、吊线张力等影响会出现摆动等不足，稳定性差，所以目前国内几乎没有单位使用。在测量中，由于支架的RCS随方位变化，支架的转动，使得应用背景发生变化，国外一些公司早在六十年代就开始研制高精度低反射金属支架系统 [ 1 ] 。金属支架的出现标志着目标支撑结构技术发展到一个新的阶段。金属支架具有良好的负载承受特性，装置容易实现，操作方便，通过改变支架的形状和涂覆吸波材料可以在一定范围内减小支架的回波。但是金属支架与目标会发生相互作用，金属支架的转台一般都安装支架内部，这样就可以把转台屏蔽起来，最大限度地减小了目标与转台的相互作用，这是前两类支架无法比拟的 [ 2 ] 。目前，泡沫塑料支架和金属支架使用得较为广泛。 美国在20世纪60年代已开始研究金属支架，国外相关文献仅给出橄榄形或者菱形是适用于低散射金属支架的截面形状，不含详细的理论或实验数据解释 [ 3 ] 。国内关于低散射金属支架的研究起步相对较晚，焦洪杰 [ 4 ] [ 5 ] 等提出了一个竹节仿生结构的金属支架设计，整体结构简单紧凑、安装定位方便，提高了整体刚度。薛明华 [ 1 ] 等提出了一种金属遮掩屏泡沫支架设计，其中小前倾角方案对降低总RCS十分有效；唐海正 [ 6 ] [ 7 ] 等仿造波音公司在橄榄形柱顶部放一个帽子，底部与橄榄形柱顶部光滑连接，从底部往上逐渐收缩，收敛成一尖顶；安大卫 [ 8 ] 等对金属支架的外形参数进行优化，对比不同截面外形RCS值及加载变形。 现有公开文献主要关注支架的低散射性。对支架的加载变形和动力学仿真计算研究较少。本文根据实际现场条件，通过矢量旋转矩阵计算支架起竖或放倒时旋转轴位置和支架绕该轴的转角。并对支架进行力学和运动学仿真，与理论数据进行对比，对于低散射金属支架设计制造工程化具有重要意义。
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user: 2. 低散射金属支架的基本结构 低散射金属支架的主体外形类似一个前掠机翼，是一个前后边缘向着入射波倾斜且上表面面积小于下表面面积的橄榄形截面柱。测量目标置于支架顶端，底部与驱动设备相连，金属支架基本结构如图1(a) 图1. 金属支架结构 所示，橄榄形截面如图1(b)所示。低散射目标支架是一种优化结构，既要考虑支撑载荷对支架强度刚度的影响又要考虑低散射性。该种支架一般由高强度钢或铝构成，是一种金属硬壳或单壳体焊接结构，满足较大的结构刚度和较小自重的要求。支架的内部的运动机构可以带动目标做旋转、侧翻以及俯仰运动。金属支架的高度主要与紧缩场静区位置相关，可根据目标载荷重量调节金属支架的倾角α和β以及截面形状。一般的微波暗室中会配备几种不同的目标支撑装置，例如泡沫支架和天线转台等。所以低散射金属支架应可撤收，以便为别的支撑装置腾开空间。本文研究的支架采用了斜向倾倒的撤收方式，以避开正前方的转台。支架的倾倒和竖起采用电动缸驱动。
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user: 3. 支架空间转轴的计算 根据现场地坑尺寸，以及拟设计支架模型草图完成三维模型的构建。人字形地坑中线的夹角为24˚，如图2(a)所示。通过矢量旋转矩阵计算支架起竖或放倒时旋转轴位置和支架绕该轴的转角。支架在起竖状态下(即工作状态)的位置如图2(b)所示。 3.1. 计算欧拉角、欧拉旋转矩阵 根据欧拉角定义，用来确定定点转动刚体位置的3个一组独立角参量，由章动角 、进动角 和自转角 组成。相应的得到欧拉旋转矩阵： 支架的初始位置在地坑内，设初始坐标系为Oxyz，固连于支架的动坐标系OXYZ的起始位置与坐标系Oxyz重合，且该动坐标系随支架绕固定点O旋转而旋转，固定点O为人字形地坑两条轴线的交点，且yz平面在地下1242 mm平面上，如图2(a)所示，根据右手定则确定x轴位置。 始末位姿确定，根据欧拉角定义，始末轴系形成的欧拉角如图3所示，测量相应的欧拉角为： 图2. 支架放倒和起竖时的状态 图3. 始末轴系形成的欧拉角 由机器人运动学，任何一组绕过原点轴线的复合转动总等效于绕过原点的某一矢量的转动。假设上述组合转动等价于绕过原点的矢量 旋转角 。 其中 令欧拉旋转矩阵与绕空间矢量旋转得到矩阵相等，即 。设空间矢量为单位矢量，可列10个等式方程，在Matlab中进行计算。由于是超定方程组(方程个数大于未知数的个数)，故利用最小二乘方法。在初始位姿坐标系下，单位化的转轴 ，以及支架绕该轴的转角。 将初始位姿坐标系下转轴的坐标转换到全局坐标系下，全局坐标系Ox'y'z'建立如图4所示，固定点O与初始位姿坐标系原点相重合，即人字形地坑两条轴线的交点，y'轴水平指向正前方，z'轴竖直向上，根据右手定则确定x'轴的位置，且x'y'平面在地下1242 mm平面上。 根据基变换和坐标变换理论，初始位姿坐标系的基用 表示，全局坐标系的基用 表示。则三维线性空间两组基存在关系如下： 根据两个坐标关系可得： 设在初始位姿坐标系下转轴坐标为 ，在全局坐标系下转轴坐标为 所以 又因为 因此 由Matlab计算结果可得 图4. 紧缩场全局坐标系 将初始位姿计算得到的旋转轴单位坐标转换到紧缩场全局坐标系下单位坐标为 根据全局坐标系下单位坐标求得通过该点和原点O的轴线方程为
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user: 4. 对支架进行力学仿真 4.1. 刚、强度分析 为了支架的使用安全，在一定目标载荷下对支架进行强度刚度分析，在支架顶端中心施加200 kg目标载荷查看支架变形情况，同时支架不能发生共振。金属支架是变截面梁，对于变截面梁的变形计算无法获得理论精确值，可以使用力学有限元软件ABAQUS计算。建立了橄榄形截面空心支架的三维模型，支架壁厚为10 mm，竖直投影高度H为5080 mm，材料参数取Q215碳素结构钢，弹性模量212 GPa，泊松比0.288，密度7690 kg/m 3 ，使用六面体单元。进入静力分析模块对模型进行网格划分然后施加边界条件和载荷，选取底面前后4个点以及轴线与支架的交点固定约束，在支架顶端中心施加一个200 kg方向竖直向下的集中力模拟目标载荷。计算此时橄榄形截面形状支架的应力应变。支架的集中应力、最大变形和支架的安全系数如表1。 4.2. 动力学分析 模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性，主要是计算固有频率和振型，它是动力学分析的基础，也是结构参数优化的目标。在结构振型中，由于高阶模态能量占比太低，对整个结构振动影响不大，所以低阶模态对支架系统的动态特性起决定性的作用。建立了橄榄形截面空心支架的三维模型，支架壁厚为10 mm，竖直投影高度H为5080 mm，材料参数取Q215碳素结构钢，弹性模量212 GPa，泊松比0.288，密度7690 kg/m 3 ，使用六面体单元。设置分析步选择线性摄动频率，对模型进行网格划分 Table 1 Static analysis results and safety factor calculation of the pylo 最大综合应力/Pa 13.59 MPa 材料屈服强度/MPa 215 安全系数 15.82 最大变形/mm 0.76 设计允许变形/mm 2 安全系数 2.63 表1. 支架静力学分析结果及安全系数计算 然后施加边界条件，选取底面前后4个点以及轴线与支架的交点固定约束，无需添加载荷。为此分析了该支架前3阶典型振型，如图5所示，具体频率值如表2所示。 通过对支架的静力学、动力学分析可得出如下结论：在200 kg载荷工况下，最大应力为13.59 MPa，主要发生在底部固定点处；最大变形为0.76 mm，主要发生在支架顶端，原设计支架的刚度、强度均满足要求。
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user: 5. 在Adams中进行运动仿真 根据已知条件，在CATIA中建立物理模型，为了便于仿真和观察，转台并未画出，并将该模型导入到Adams中，建立Adams的仿真模型，见图6。 在做机械结构的动力学分析仿真的过程中，MOTION驱动函数有时无法在ADAMS中直接找到。可以先对机械结构角度位置或速度等进行了外部规划，得出了机械结构转速与时间的一些相关数据，导入ADAMS，并利用ADAMS进行SPLINE插值，得到转速与时间的SPLINE函数，用于驱动仿真MOTION。 将所得到支架转速与时间的函数关系输入到电动缸的MOTION上，支架转动速度和时间图像如图7，加速度和时间关系如图8。 在仿真过程中，对支架模型进行适当微调整，确保无干涉现象。驱动力矩仿真结果如图9。 根据Adams仿真结果可以得出以下结论：在系统的几何参数固定的情况下，驱动力矩随着支架转动 Table 2 Dynamic analysis results of the pylo 阶次 频率 1 5.925 2 20.314 3 29.188 表2. 支架动力学分析结果 图5. 各阶模态振型 角度变化而变化，随着转角的增加，驱动力矩的值先增大后减小，在支架转到0.3686 rad时驱动力矩达到最大约 ，在支架转到1.6959 rad时驱动力矩达到最小值 。在选取驱动设备时，只要输出的力不小于 ，并配置在最优位置，即可满足本文翻转系统的需求。
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user: 6. 结论 本文总结低散射支架的类型，并根据现场条件，通过矢量旋转矩阵计算了支架起竖或放倒时旋转轴位置和支架绕该轴的转角，并将初始坐标系下转轴的坐标转换到全局坐标系下。同时支架作为一个受力复杂的框架结构，必须具有足够的刚度保证其装配和使用要求，具有足够的强度保证其疲劳寿命；同时应具备合理的振动特性。所以利用CAE 技术分析得出最大应力为13.59 MPa，主要发生在支架底部固定点处；最大变形为0.76 mm，主要发生在支架顶端。根据低阶振型的分析结果，外部驱动设备激振频率应避开支架振型仿真分析频率。通过理论计算与Adams仿真等多种途径，得到翻转机构所需的外部驱动设备的最大驱动力矩为 ；本文以对支架结构的理论分析为重点，在符合实际现场条件下，对支架的运动参数进行优化，从而使设计出的支架更为合理、高效，为此类金属支架原动装置的设计制 图6. 在CATIA中建立的物理模型 图7. 支架角速度–时间图像 图8. 支架角加速度–时间图像 图9. 驱动力矩与支架转角关系图像 造提供有效的参考依据。
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user: 摘 要 有限元模拟是当前高速切削锯齿形切屑研究的一个重要手段，对揭示高速切削加工机理，优化切削参数具有重要意义。本文基于ABAQUS通用有限元软件，在45钢高速切削锯齿形切屑有限元模型基础上，开展几何模型、材料模型、摩擦模型和质量放大等有限元模拟关键技术的研究。研究结果表明：在进行锯齿形切屑有限元模拟几何建模时，采用45˚锐角平行四边形的工件几何模型能够较好地克服网格畸变的影响，获得更好的模拟结果；材料模型参数对模拟结果影响很大，采用不同实验方法和实验条件获得的本构关系时模拟结果差别很大；摩擦系数变化对模拟结果也有很大影响，对45钢来说，摩擦系数取0.3时模拟结果较好；质量放大对锯齿形切屑有限元模拟有效，合适的质量放大系数可以在确保模拟结果准确的条件下大量节省时间成本。 关键词 :45钢，锯齿形切屑，有限元模拟，关键技术 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 锯齿形切屑是高速切削加工的典型特征，也是高速切削加工机理研究的一个主要方向。随着有限元和计算机技术的发展，有限元仿真已经成为高速切削锯齿形切屑研究的主要手段之一。近年来，国内外学者在高速切削锯齿形切屑的有限元模拟方面做了大量的研究工作。在国外，德国的Martin bäher [ 1 ] 采用ABAQUS结合c++开发的具有网格划分功能的前处理程序来进行锯齿形切屑的有限元模拟，并讨论了弹性特性和切削速度对锯齿形切屑的影响。后来又进一步讨论了材料参数(应变硬化、应变率硬化和热软化)对切削力和切屑变形的影响，结果表明锯齿形切屑的锯齿化程度可以用绝热应力曲线来定量解释 [ 2 ] 。Madalina等人 [ 3 ] 通过加入应变软化对流动应力的影响建立了Ti6Al4V新的本构方程，进而建立有限元模型分析了锯齿形切屑的形成和剪切局部化的过程。Lorentzona等人 [ 4 ] 考察了不同断裂准则对锯齿形切屑模拟的影响，认为不论热软化准则还是材料破坏准则，都能引起材料从连续带状切屑向锯齿形切屑的转化，并且采用静水压力相关的断裂准则能够更精确的对锯齿形切屑进行模拟。Yiğit等人 [ 5 ] 将温度相关流动软化行为集成到材料本构模型中来模拟绝热剪切带和锯齿形切屑，考察了流动软化条件对模拟结果的影响。在国内，赵军等人 [ 6 ] 分析了锯齿状切屑形成过程中应力、应变及温度场的分布规律，探讨了锯齿状切屑的形成机理及影响因素。鲁世红等人 [ 7 ] 应用有限元软件ABAQUS建立了Ti6Al4V钛合金高速正交切削有限元模型，模拟了锯齿形切屑的产生及其随切削条件的变化。陈涛等人 [ 8 ] 采用热力耦合有限元研究了淬硬轴承钢GCr15锯齿形切屑的形成过程中，分析了倒棱角度对切削力和切削温度分布的影响规律。 从现有的研究可以看出，目前虽然采用ABAQUS软件对高速切削锯齿形切屑进行了较多的仿真分析，但主要集中在切屑形态及其应力、应变和温度分布等切屑形成机理方面，而缺乏对有限元建模关键技术的研究，这在一定程度上限制了锯齿形切屑有限元模拟技术的进一步发展和应用。本文基于ABAQUS通用有限元软件，以45钢高速切削锯齿形切屑有限元模拟为例，开展几何模型、材料模型、摩擦模型和质量放大四个有限元模拟关键技术的研究，为锯齿形切屑有限元模拟技术的研究提供参考。
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user: 2. 有限元建模 针对二维直角切削过程(如图1所示)建立高速切削有限元模型，忽略刀尖圆弧半径的影响，建立的几何模型如图2所示。为了避免在模拟过程中工件网格畸变导致计算终止，工件设计成向左倾斜的平行四边形。工件材料设为弹塑性体。为实现切屑分离，在切屑层和基本层之间加入了分离层。刀具设为刚体。采用热力耦合单元CPE4RT划分四边形网格。 采用当前应用最为广泛的Johnson-Cook模型表征材料在切削条件下的动态力学性能，表达式为： (1) 式中， 为流动应力； 为塑性应变； 为塑性应变率； 为参考应变率，取为10 -3 s -1 ； 为室温， 为材料的熔点， 为本构参数，具体数值列于表1中 [ 9 ] 。材料密度为ρ = 7800 Kg/m 3 ，弹性模量E = 200 Gpa，泊松比为0.3，比热为474 J/Kg.K，热传导率为146 W/m.K，熔点为 ，室温取为 。刀具材料的密度ρ = 14，400 Kg/m 3 ，弹性模量为E = 800 Gpa，泊松比为0.3。 将刀具前刀面和切屑之间的摩擦简化为经典库伦摩擦，用等效摩擦系数来表征其摩擦行为。采用失效应变准则实现切屑与工件的分离，根据文献 [ 6 ] 取失效应变为0.95。采用绝热分析来考虑切削温度的影响。 完成参数设置和网格划分后，对刀具/工件进行约束和加载。工件采用位移/旋转边界条件，约束住工件的左侧面(包括未变形切屑、分离线、工件基体三部分)、右侧工件基体的侧面以及工件的底面。刀具则采用速度/角速度边界条件，给定刀具沿x负方向的速度，并约束住刀具的其余5个自由度，防止刀具在切削中出现偏移和旋转，从而影响正常切削。边界条件及加载结果如图3所示。采用dynamic-temp-disp Explicit 图1. 直角切削示意图 图2. 几何模型 Table 1 Johnson-Cook model parameters of 45 stee 材料 A(Mpa) B(Mpa) n c m 45钢 507 320 0.28 0.064 1.06 表1. 45钢的Johnson-Cook模型参数 图3. 边界条件及加载结果 求解器进行求解。
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user: 3. 关键技术分析 3.1. 工件几何模型倾斜角度的选择 在锯齿形切屑的有限元模拟中，为了避免网格的畸变影响，通常需要将工件设计成向左倾斜的平行四边形，侧面与水平面形成一定的夹角，但该角度对模拟结果的影响及其选择还未见文献报导，因此本文通过对45˚、60˚和90˚三种典型角度工件模型的模拟结果(如图4所示)进行分析。从图中可以看出，虽然三种角度工件模型能够得到基本一致的等效应力，但切屑形态明显不同，45˚角时切屑形态更接近实际情况，60˚角时切屑底面产生一定的网格畸变，而90˚角时网格畸变更严重，从而影响了切屑形态。不同角度工件模型得到的切削力和温度模拟结果也相差不大，如图5和图6所示。因此可以认为在进行锯齿形切屑有限元模拟几何建模时，具有45˚角的工件几何模型能够较好的克服网格畸变的影响，获得更好的模拟结果。 3.2. 材料模型的影响 为了考察材料模型对模拟结果的影响，将前面给出的45钢的材料模型记为材料参数1，采用另外一组45钢的材料模型参数记为材料参数2，列于表2中 [ 10 ] 。 表3给出了采用不同本构参数时模拟得到的有效应力和切削力的对比。从表中可以看出，尽管采用不同的本构参数可以获得近似一致的有效应力分布，但是切削力模拟结果有很大差别，材料模型参数对模拟结果影响很大，说明采用不同实验方法和实验条件获得的本构关系时模拟结果差别很大。因此在进行锯齿形切屑有限元建模时，必须通过模拟切削力和实验切削力的对比来选取合适的材料模型，必要时还要对模型参数进行进一步的反求校准。 3.3. 摩擦系数的影响 由刀-屑摩擦将在切屑、刀具和工件中引起温度、应力及应变等物理量的重新分布，这些物理量之间的相互耦合作用使工件产生塑性变形。因此，正确理解前刀面的接触摩擦问题、建立刀具与工件之间合理的摩擦模型是切削加工模拟成功实现的关键因素之一。摩擦系数直接反映了刀具和切屑之间的摩擦情 图4. 不同工件几何模型角度时等效应力的模拟结果 图5. 不同工件几何模型角度时温度的模拟结果 图6. 不同工件几何模型角度时切削力的模拟结果 况，因此这里采用不同的摩擦系数来分析摩擦系数对模拟结果的影响，结果如表4所示。可以看出当摩 Table 2 Second group Johnson-Cook constitutive parameters of 45 stee A (MPa) B (MPa) n C m 496 434 0.307 0.0084 0.804 表2. 45钢的第二组Johnson-Cook本构参数 Table 3 Effective stress and cutting forces when using different constitutive paramete 本构参数 等效应力/Mpa 切削力/N 1 1258 906 2 1267 679 表3. 采用不同本构参数时的等效应力和切削力 Table 4 Cutting force and cutting temperature when using different friction coefficien 摩擦系数 切削力/N 温度/˚C 0.15 771 537 0.3 945 683 0.45 1208 892 表4. 不同摩擦系数切削力与切削温度模拟结果 Table 5 Simulation results under different mass scaling coefficien 质量放大系数 切削力/N 计算时间/min 无 751 88 4 739 32 100 722 12 1000 715 4 表5. 不同质量放大系数的模拟结果 擦系数从0.15增大到0.45时，切削力从771 N增大到1208 N，相应的切削温度从537˚C升高到892˚C，表明摩擦系数对模拟结果影响很大。另外从实验结果相符的程度来看 [ 11 ] ，摩擦系数为0.3时的模拟结果相对较好。 3.4. 质量放大的影响 在有限元模拟中，为了缩短模拟过程，降低时间成本，通常会采用质量放大技术。但随着质量放大而产生的惯性力效应有时会影响模拟结果，甚至使模型无法收敛。因此本文通过对几组不同质量缩放因子的模拟结果来分析采用质量放大的可行性。表5给出了采用不同质量放大系数时切削力和计算时间的对比。可以看出，随着质量放大系数的增大，计算时间大大缩短，但切削力的变化不大，说明质量放大对锯齿形切屑的有限元模拟是有效的，合适的质量放大系数可以在保证模拟结果准确性的条件下大量节省时间成本。
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user: 4. 结论 本文在基于ABAQUS通用有限元软件建立的45钢高速切削锯齿形切屑有限元模型基础上，开展几何模型等锯形切屑有限元模拟关键技术的研究，主要结论如下： (1) 在进行锯齿形切屑有限元模拟几何建模时，具有45˚锐角的平行四边形工件几何模型能够较好的克服网格畸变的影响，获得更好的模拟结果。 (2) 材料模型参数对模拟结果的影响很大，采用不同实验方法和实验条件获得的本构关系时模拟结果的差别很大。 (3) 摩擦系数对模拟结果有很大影响，对45钢来说，摩擦系数取0.3时模拟结果较好。 (4) 质量放大对锯齿形切屑的有限元模拟是有效的，合适的质量放大系数可以在确保模拟结果准确的条件下大量节省时间成本。
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user: 摘 要 为加快我国钢铁工业转型升级，推进管线测长设备国产化，研发适合国内自动化生产线的管线测长产品，在对测长原理和系统组成分析的基础上，提出了推动式管线测长系统的设计方案；根据影响测量精度的关键因素分析误差产生原因及误差的性质特点，并探讨减小误差的方法；生产现场的实验证明，测长系统的精度可以满足国家标准要求。 关键词 :推动式，测长，管线 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 长度是成品钢管贸易结算的主要依据， 也是ISO9000质量论证体系中明确要求的质量参数 [ 1 ] 。管线在线测长系统是钢管车间精整区域的主要设备之一 [ 2 ] ，其精度的高低直接影响企业的效益和生产管理的效率。车间恶劣的生产条件、全天候连续作业以及测量精度的要求决定了该系统必须具备良好的性能和技术指标。而目前大型钢铁企业的测长设备多以进口为主，价格昂贵、维修费用高、参数设置无法完全适应国内生产线是主要弊端。研制适应我们钢铁行业管线生产的高精度测长设备对钢铁企业向产品高端化、生产绿色化、市场国际化和管理数字化进行产业转型升级 [ 3 ] [ 4 ] 有着积极的推动作用。 近年来，国内也有多家厂商和研究机构对管线测长进行研究，主要有采用电荷耦合器件(CCD)图像测长和数控推动测长两种方式。前者的测量精度受温度和光线影响 [ 5 ] ，不适应钢管生产的实际情况；后者基本满足目前国内企业的生产现实，对其进行改进与优化可以设计出适合国内生产线的精度高、稳定性好以及制造成本低的管线测长系统。