[發明專利]異形懸臂梁結構的力學建模算法

有效

• 申請號: 201410062681.4
• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN104063532B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 許莉鈞;高俊;袁自龍
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司32243
• 代理人: 沈志海

技術領域

本發明涉及一種異形懸臂梁結構的力學建模算法。

背景技術

在產品設計中，有類似塑料卡扣或金屬彈片的彈性體結構，為了在有限的空間內獲得較大的變形而不屈服，往往設計成各種形狀的曲線懸臂梁結構。塑料零件的卡扣設計存在于日常生活的各種產品當中，它的優點：1、有生產快速裝配，節省生產成本；2、省去螺釘、螺母、膠等裝配零件成本；3、卡扣通常和殼體結合在一起，不易丟失。金屬彈片一般應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，應力應變曲線在彈性范圍內更接近線性，且在材質連續且均勻，各向同性方面也要優于塑料。

據可查閱的資料顯示，國外主要聚合物公司在20世紀末就有針對卡扣設計的研究，其卡扣計算公式主要通過理論計算和實驗數據修正得到的，主要是力學模型是等截面矩形、梯形、圓形、圓環形懸臂梁，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，曲線懸臂梁的設計可以參照有限元仿真的結果。但是需要相關軟件的支持。

國內對卡扣的早期研究主要是卡扣連接的工作原理方面，對于具體的設計計算涉及較少，大部分停留在對不同卡扣原型工作原理進行介紹的層面，在卡扣的關鍵尺寸的研究方面還局限在懸臂梁和環形卡扣等較少類型，與國外差距較大。

上述問題是在異形懸臂梁結構的設計過程中應當予以考慮并解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種異形懸臂梁結構的力學建模算法解決現有技術中存在的針對卡扣設計的研究，其卡扣計算公式主要通過理論計算和實驗數據修正得到的，主要是力學模型是等截面矩形、梯形、圓形、圓環形懸臂梁，以及變厚度和變寬度懸臂梁，對曲線懸臂梁的介紹較少，沒有理論計算方法的說明的問題。

本發明的技術解決方案是：

一種異形懸臂梁結構的力學建模算法，包括以下步驟，

設梁的幾何尺寸、材料屬性、偏斜力已知，求活動端點A點沿力作用方向的位移，以及校核強度；

建立力學計算的數學模型，將此曲梁分成若干直線段、若干曲線段，根據實際載荷F與單位載荷1，分別計算各直線段、各曲線段的彎矩、軸力、剪力，進而計算出關鍵點的正應力，查詢所用材料手冊，校核強度，確保變形在允許范圍內。

優選地，懸臂梁的形狀為L型時，將L型懸臂梁分成四段，包括AB直線段、BC曲線段、CD直線段、DE曲線段，根據實際載荷F與單位載荷1，分別計算各段彎矩、軸力、剪力。

優選地，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＝Ru；第二段曲梁形心層半徑＝R_D；

根據莫爾積分原理，位移可由公式(1)求得

優選地，計算AB段的M(x)和F_N(x)和F_S(x)和

AB段0≤x₁≤L₁：

M(x₁)＝F·x₁·cosα；

M(B)＝F·L₁·cosα；

F_N(x₁)＝-F·sinα；

其中，I是橫截面對中性軸的慣性矩；

F_S(x₁)＝-F·cosα；

優選地，計算BC段的M(x)和F_N(x)和F_S(x)和

BC段

M(θ)＝M_B+F·R_U·[sin(θ-α)+sinα]；

M_C＝M_B+F·R_U·[1+sinα]

F_N(θ)＝F·sin(θ-α)；

F_NC＝F；

求BC段曲梁正應力：

R_U1＝R_U-H/2；R_U2＝R_U+H/2；

Y_U＝R_U0-R_U1；Y_U0＝H/2-Y_U；