[發明專利]一種模擬柔性體扭轉變形的蝸卷彈簧模型

有效

• 申請號: 201310665201.9
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103699724A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 張小瑞;朱建棟;孫偉;宋愛國;牛建偉;楊松;朱哲夫
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種模擬柔性體扭轉變形的蝸卷彈簧模型，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，建立空間直角坐標系，確定柔性體表面上任意點處安放的蝸卷彈簧，其過程如下：

步驟1.1，建立空間直角坐標系，

在給定扭矩M作用下，在柔性體表面任意點A處安放一蝸卷彈簧，在距離任意點A為r處設置一原點O，其中r>0，以射線OA所在方向為X軸正方向，建立XYZ空間坐標系；

步驟1.2，依次設置蝸卷彈簧半圈，其中，第i個半圈是以O_i((-1)ⁱd,0,0)為圓心，以R_i=r+(2i-1)d為半徑的半圓，d為任一蝸卷彈簧半圈圓心與原點O之間的距離，i=1,2,3,……S，S為自然數；

每個蝸卷彈簧半圈的寬為b、厚度為h、截面慣性矩I=bh³/12、彈性模量E取決于柔性體的材質，且柔性體材質均相同；

步驟2，確定任一蝸卷彈簧半圈所消耗的扭矩；

設定給定扭矩M的作用線和蝸卷彈簧在任意點A處所在的半圓相切，且在給定扭矩M作用下，如果柔性體中共有前P個蝸卷彈簧半圈產生扭轉變形，則第P個蝸卷彈簧半圈為變形截止半圈；P≤S，也就是蝸卷彈簧的半圈數至少等于P；

根據蝸卷彈簧特性，設定：

前P-1個蝸卷彈簧半圈上任意一點在給定扭矩M作用下，所消耗的最大扭轉力相等且均為F₀；第P個蝸卷彈簧半圈上任意一點在給定扭矩M作用下，所消耗的最大扭轉力F_P'均相等，且不大于F₀；

步驟2-1，確定前P-1個蝸卷彈簧半圈中，第i個半圈上所有點共消耗的扭矩M_i為：

M_i=F₀πR_i=F₀π[r+(2i-1)d]

步驟2-2，確定第P個蝸卷彈簧半圈所有點共消耗的扭矩M_P′為：

MP′=M-Σi=1P-1Mi]]>

第P個蝸卷彈簧半圈在給定扭矩M作用下，任意一點消耗的最大扭轉力F_P'為：

FP′=MP′πRP=MP′π[r+(2P-1)d]]]>

步驟3，計算第i個蝸卷彈簧半圈上所有點，在共消耗的扭矩M_i作用下，產生的扭轉圈數n_i；

ni=Mili2πEIi=1,2,3,...,P-1MP′li2πEIi=P]]>

其中，l_i為第i個蝸卷彈簧半圈的有效長度，其表達式如下：

li=π[r+(2i-1)d]i=1,2,3,...,P-1MP′F0i=P.]]>