米兰体育

网易米兰体育 > > 正文

“工业母机—精度保持性”专题 | 东北大学刘宇教授:残余应力分布对机床大件变形影响规律研究

0
分享至


专题文章(六)


作者简介

刘宇

东北大学

教授、博导

  • 获辽宁省科技进步奖二等奖、汕头市科技进步奖一等奖等多项奖励

  • 长期从事数控系统、高端机床精度保持性、机器人加工技术等方面的研究工作

黄勃铭 潘士辉 罗方劲 刘宇

(东北大学机械工程与自动化学院)

研究背景

大型铸铁基础件是机床与机器人加工装备的重要承载结构,其结构刚度与尺寸稳定性直接关系到整机的加工精度和长期服役性能。受铸件壁厚差异、复杂几何结构及冷却条件不均等因素影响,铸造过程中往往形成非均匀温度场,并由此产生复杂的残余应力。此类应力具有一定的隐蔽性和时变性,可能在后续机械加工、装配调试及长期服役过程中逐步释放,进而引发安装面翘曲、局部变形、几何误差累积及运动轨迹偏移,最终削弱装备的精度保持性与运行可靠性。

因此,准确揭示大型铸铁件残余应力的形成与演化规律,并识别对关键功能面变形影响显著的高敏感区域,是实现低应力制造和精准检测的重要基础。

研究内容

研究对象为HT300大型箱体类支撑台,开展热—力耦合仿真;结果显示,铸件内部残余应力主要源于不同区域冷却速度不一致造成的温度梯度,热应力占主导,相变应力和机械阻碍应力影响相对较小。


机器人加工制造单元工作台部分三维建模


工作台等效应力云图

对6个关键测点的跟踪表明,铸件拱形等复杂几何区域的P5、P6点因温度梯度剧烈变化和约束不均,出现典型的“高—低—高”双峰波动,说明薄厚交替、曲率变化和局部约束是应力集中与再分布的重要诱因。


测点布置与应力图

为降低残余应力,研究进一步开展振动时效分析。结合前六阶模态,确定激振频率56 Hz、激振力6.5 kN,在支撑台两端实施振动处理。结果显示,整体残余应力降低约200 MPa,分布更加均匀,验证了振动时效对大型铸铁件的减应力效果。


时效前后支撑台等效应力云图

研究还将整体残余应力场划分为5个功能区域,通过Python与Abaqus二次开发,分别计算各区域残余应力释放对安装面变形的独立影响,并提出"全域平均灵敏度"指标评价不同区域对应变形的贡献。

结果表明,安装面区域3及相邻承力面区域5灵敏度最高,是影响关键功能面变形的主要区域。这意味着残余应力检测不仅应关注安装面,还应覆盖邻近承力区及拱形过渡区域,以提高检测代表性和控制效果。


支撑台区域划分示意图


各区域应力-位移曲线

结论

总体而言,本研究系统揭示了大型铸铁基础件残余应力的形成机制、释放规律及其对关键功能面变形的影响,构建了贯穿铸造全过程的残余应力分析与评价方法,实现了由残余应力场表征向关键影响区域识别及控制优先级确定的深化。研究成果可为大型机床基础件铸造工艺优化、振动时效参数设计、残余应力检测布点及精度保持性提升提供理论依据与技术参考。

近年团队发表文章

[1]Sun Y, Liu Y, Wang L, et al. lmproved method for drone sound event detection system aiming at the impact ofbackground noise and angle deviation[J]. Sensors and Actuators A: Physical , 2024, 377: 115676.(SCIJCR 一区)(中科院 三区)

[2]Zhang A , Wang L , Wang J ,et al.Stability analysis of ultrasonic bone cutting under dynamic loads[J].Applied Acoustics, 2025, 235: 110690.(SCI JCR 一区)(中科院二区)

[3]Sun Y, Zhang F, Liu Y, et al. Acoustic event detection for drone search and rescue system based on bi-directionaong and short-term memory beamforming method to remove rotor noise1[J]. Digital Signal Processing, 2025, 157:104881.(SCI JCR 二区)(中科院 三区)

[4]Li J, Yang X, Wang S, Liu Y, et al. Nonhomogeneous haze removal for visual perception in construction scenes[J]. Automation in Construction, 2024, 166: 105672. (SCI JCR 一区)(中科院 一区)

[5]Li J, Dai L, Wang S, Liu Y, et al. Theoretical and numerical analysis of the rock breaking process by impact hammer[J]. Powder Technology, 2024, 448: 120254. (SCI JCR 一区)(中科院 二区)

[6]Li J, Liu Y, Wang L, et al. A vision-based end pose estimation method for excavator manipulator[J]. Multimedia Tools and Applications, 2024, 83(26): 68723-68741. (SCI JCR 二区)(中科院 三区)

[7]Wang L W, Liu Y, Wang S W, et al. Research on ultrasonic bone cutting mechanism based on extended finite element method[J]. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology, 2024, 23:861-877. (SCI JCR 二区)(中科院 二区)

[8]Wang L, Liu Y, Li J, et al. Indirect measurement method of ultrasonic bone cutting force based on anti-node vibration displacement[J]. Journal of Sound and Vibration, 2023, 552: 117637. (SCI JCR 一区 ) (中科院 二区)

[9]Li J, Liu Y, Wang L, et al. Research on the penetration coefficient during the rock drilling process by cyclic impact[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2023, 57:2175-2193. (SCI JCR 一区 )(中科院 一区)

[10]Li J, Liu Y, Wang S, et al. Visual perception system design for rock breaking robot based on multi-sensor fusion[J]. Multimedia Tools and Applications, 2023, 83: 24795-2481. (SCI JCR 二区 ) (中科院 三区)

专题相关

01

●【新岁序开·专家启航】“工业母机”专题

02

●工业母机—增材制造丨首个专题,正式出版

03

●工业母机—绿色化丨正式出版

04

●工业母机—齿轮加工丨正式出版

05

●工业母机—超精密加工丨正式出版

06

●工业母机—复合材料加工丨正式出版

07

●工业母机—智能机床丨正式出版

08

●工业母机—精度保持性丨正式出版



特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
胡二妹离世后,被避雷的店主:“文字真的能杀死人”

胡二妹离世后,被避雷的店主:“文字真的能杀死人”

凤凰网财经
2026-10-24 20:21:28
马斯克确认SpaceX完成400亿美元债务融资,用于购买GPU

马斯克确认SpaceX完成400亿美元债务融资,用于购买GPU

IT之家
2026-10-26 06:54:43
穆帅激情滑跪!皇马笑傲28亿国家德比:姆巴佩双响 2-1送巴萨首败

穆帅激情滑跪!皇马笑傲28亿国家德比:姆巴佩双响 2-1送巴萨首败

风过乡
2026-10-26 06:06:04
破解赡养困境 保障老年人养老选择权

破解赡养困境 保障老年人养老选择权

人民资讯
2026-10-25 13:24:19
曝卡里克即将下课!曼联高层紧急开会讨论 总监钦点48岁英超名帅

曝卡里克即将下课!曼联高层紧急开会讨论 总监钦点48岁英超名帅

我爱英超
2026-10-26 05:27:45
杰威左脚大伤登全美热搜!离场时神情落寞无比 SGA轰34+6泪洒当场

杰威左脚大伤登全美热搜!离场时神情落寞无比 SGA轰34+6泪洒当场

颜小白的篮球梦
2026-10-26 09:43:00
老干妈用AI把600人裁到48人,年营收54亿,网友:你让工人没饭吃,我们就让你下架

老干妈用AI把600人裁到48人,年营收54亿,网友:你让工人没饭吃,我们就让你下架

王新喜
2026-10-24 09:14:39
湖人19分逆转爵士 东契奇创5大里程碑 凯斯勒2分 雷迪克重点表扬一人

湖人19分逆转爵士 东契奇创5大里程碑 凯斯勒2分 雷迪克重点表扬一人

毒舌NBA
2026-10-26 09:56:13
金饰克价较高点已跌近500元,多地水贝市场被挤爆,消费者感叹“买金跟买白菜一样”

金饰克价较高点已跌近500元,多地水贝市场被挤爆,消费者感叹“买金跟买白菜一样”

红星米兰体育-米兰(中国)官网
2026-10-25 17:31:34
唐国莲、陈志强、伍伟、郭宪军任西昌市人民政府副市长

唐国莲、陈志强、伍伟、郭宪军任西昌市人民政府副市长

云上凉山
2026-10-25 16:33:58
女子为初恋捐肝后躺病床等夫喂饭,等来跑腿送离婚信,她当场破防

女子为初恋捐肝后躺病床等夫喂饭,等来跑腿送离婚信,她当场破防

晓艾故事汇
2026-06-23 20:29:23
掘金23分加时逆转鹈鹕获首胜:约基奇35+15+10 穆雷42+8三分

掘金23分加时逆转鹈鹕获首胜:约基奇35+15+10 穆雷42+8三分

醉卧浮生
2026-10-25 11:57:54
杰威重伤被担架抬出!左腿明显反关节SGA看哭 现场记者称脚踝弯曲变形

杰威重伤被担架抬出!左腿明显反关节SGA看哭 现场记者称脚踝弯曲变形

颜小白的篮球梦
2026-10-26 09:34:21
欧盟想和中国“一换一”,挽救阿斯麦企业,方案中国未必会同意

欧盟想和中国“一换一”,挽救阿斯麦企业,方案中国未必会同意

基斯默默
2026-10-26 01:39:57
54岁巨石强森暴瘦变白发老人!片场照曝光,网友:差点认不出

54岁巨石强森暴瘦变白发老人!片场照曝光,网友:差点认不出

东方不败然多多
2026-10-25 12:55:22
党校发表重磅文章:再分配放大了收入差距!

党校发表重磅文章:再分配放大了收入差距!

城事堂
2026-10-26 00:10:12
张智霖痛哭“三缺一”:四个兄弟搓麻将三十年,交情有多深?

张智霖痛哭“三缺一”:四个兄弟搓麻将三十年,交情有多深?

乡野小珥
2026-10-26 06:49:51
史上最大化债行动,已开始!我们坚持了30年的信仰,将进入倒计时

史上最大化债行动,已开始!我们坚持了30年的信仰,将进入倒计时

混沌录
2026-10-23 21:47:18
多地幼儿园改为养老院

多地幼儿园改为养老院

第一财经资讯
2026-10-25 16:03:17
63岁穆帅再现经典:跪滑握拳庆祝!神换人造绝杀 近6次战巴萨不败

63岁穆帅再现经典:跪滑握拳庆祝!神换人造绝杀 近6次战巴萨不败

我爱英超
2026-10-26 06:39:27
2026-10-26 10:11:00
机床杂志社 incentive-icons
机床杂志社
制造技术、工业机器人
3287文章数 26717关注度
往期回顾 全部

苹果首款折叠屏没能养肥黄牛

600亿公司59岁总裁被指父承子业 "圆通太子"发文澄清

600亿公司59岁总裁被指父承子业 "圆通太子"发文澄清

文班、约基奇和扬尼斯各自的处境

王佳佳近况:44岁导演老公露面

全球AI产业链迎“去杠杆”,何处是底?

专业越野+华为乾崑智能 猛士X700限时焕新价20.98万起

态度原创

家底丰厚的贵公子,最后散尽千金,留给民族无价珍宝

万圣节前夕 不妨玩玩这13款短小精悍的恐怖游戏

小鸭鸭的嘴也太甜了,几句话就把妈妈哄得乐开了花

高清大图!歼-15红蓝对抗训练最新画面

无障碍浏览 进入关怀版