网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

“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
女婿八年没登门,岳父病重那天,女儿只问了一句话

女婿八年没登门,岳父病重那天,女儿只问了一句话

娱乐洞察点点
2026-09-15 02:55:15
数千人伤亡 24小时内58次空袭 也门冲突快速升级

数千人伤亡 24小时内58次空袭 也门冲突快速升级

国际在线
2026-09-14 07:26:26
港媒公布结果,中国学者推演“中美全面脱钩”,最后得出4个结论

港媒公布结果,中国学者推演“中美全面脱钩”,最后得出4个结论

书写传奇
2026-09-15 01:22:11
金价将重现历史?要有心理准备,金价可能重演2015年历史

金价将重现历史?要有心理准备,金价可能重演2015年历史

混沌录
2026-07-31 23:00:51
彭小苒直播穿的衣服引热议,工作室致歉:未能周全保护艺人隐私,由此引发公众担忧,深感愧疚

彭小苒直播穿的衣服引热议,工作室致歉:未能周全保护艺人隐私,由此引发公众担忧,深感愧疚

韩小娱
2026-09-14 08:38:14
中国社保为什么会走到今天这个地步?它到底经历了什么?

中国社保为什么会走到今天这个地步?它到底经历了什么?

非虚构人间
2026-09-10 21:40:03
伊朗导弹没打中航母,却打中了美军最大的命门:战争成本失控了

伊朗导弹没打中航母,却打中了美军最大的命门:战争成本失控了

铁锤侃侃而谈
2026-09-13 00:20:26
英国三地首席大臣今天会晤

英国三地首席大臣今天会晤

界面新闻
2026-09-14 10:37:47
雷宇扬设灵,妻儿痛哭送别!大B哥吴志雄亲赴现场,送花牌又送钱

雷宇扬设灵,妻儿痛哭送别!大B哥吴志雄亲赴现场,送花牌又送钱

娱乐团长
2026-09-13 11:02:35
上海退休教授进敬老院5个月后去世,护工挺着大肚子含泪:这是遗书

上海退休教授进敬老院5个月后去世,护工挺着大肚子含泪:这是遗书

罪案洞察者
2025-08-08 11:40:08
太火爆!宁波地铁12号线免费试乘第一天,现场人从众,一度实施客流管控

太火爆!宁波地铁12号线免费试乘第一天,现场人从众,一度实施客流管控

新民晚报
2026-09-14 15:08:19
男子买房后,房价从240万降到了80万。在网上抱怨几句后,李诞说:你应该赶紧去买几瓶茅台...

男子买房后,房价从240万降到了80万。在网上抱怨几句后,李诞说:你应该赶紧去买几瓶茅台...

二胡的岁月如歌
2026-09-14 15:37:15
火箭军首位女博士,爷爷是开国上将,却至今很少有人知道她的名字!

火箭军首位女博士,爷爷是开国上将,却至今很少有人知道她的名字!

雍亲王府
2026-09-14 17:55:06
涉嫌严重违纪违法!中国龙江森林工业集团原董事长李坤被查;曾任黑龙江省委副秘书长、伊春市市长、黑龙江省委宣传部常务副部长等职务

涉嫌严重违纪违法!中国龙江森林工业集团原董事长李坤被查;曾任黑龙江省委副秘书长、伊春市市长、黑龙江省委宣传部常务副部长等职务

台州交通广播
2026-09-15 00:09:44
德国主帅:王楚钦虽然强大但并非无法战胜,若还打球最忌惮刘国梁

德国主帅:王楚钦虽然强大但并非无法战胜,若还打球最忌惮刘国梁

排球黄金眼
2026-09-14 12:05:37
“金龟子”刘纯燕发长文悼念敬一丹,称敬一丹曾是她的大学辅导员,见证了自己和王宁一路走来的爱情

“金龟子”刘纯燕发长文悼念敬一丹,称敬一丹曾是她的大学辅导员,见证了自己和王宁一路走来的爱情

极目新闻
2026-09-14 19:17:32
随着卡特夺冠,斯诺克最新积分排名出炉,前十六排名再次大变,中国四席

随着卡特夺冠,斯诺克最新积分排名出炉,前十六排名再次大变,中国四席

体坛最前线66
2026-09-14 09:14:10
一查才惊到!46岁高圆圆家底居然壕成这样,难怪她自嘲是混得最差的

一查才惊到!46岁高圆圆家底居然壕成这样,难怪她自嘲是混得最差的

手工制作阿歼
2026-09-14 13:58:53
冲绳变天,玉城丹尼的最后一舞

冲绳变天,玉城丹尼的最后一舞

天真无牙
2026-09-14 18:43:03
高铁女孩熟睡男生盯死手机不敢转头,两百万外网围观无声的人机对峙,藏着成年人不敢破冰的社交尴尬防线

高铁女孩熟睡男生盯死手机不敢转头,两百万外网围观无声的人机对峙,藏着成年人不敢破冰的社交尴尬防线

明话直说
2026-08-25 18:07:55
2026-09-15 05:56:49
机床杂志社 incentive-icons
机床杂志社
制造技术、工业机器人
3272文章数 26714关注度
往期回顾 全部

科技要闻

时隔近9年,特斯拉新款Roadster拟十一发布

头条要闻

17岁女孩成"挂壁青年":初中毕业放弃升学 父母已断供

头条要闻

17岁女孩成"挂壁青年":初中毕业放弃升学 父母已断供

体育要闻

兹维列夫,从三十年0冠到一百天2冠

娱乐要闻

敬一丹采访视频曝光,原来早有预兆

财经要闻

东莞证券原副总裁主动投案

汽车要闻

纯电续航960km/迪迪虾上车 腾势N8L纯电售29.98万元起

态度原创

手机
教育
时尚
本地
家居

手机要闻

最火爆的国产旗舰!华为Mate 80系列销量突破900万台:千万大关近在眼前

教育要闻

西电入学考上热搜,有学霸得了0分,专家发文直言:高考数学难度下降,拔尖人才选拔失效

过度防晒,正在掏空女性的骨头

本地新闻

Onestage x 乐华娱乐暑期巡回选拔2026

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

无障碍浏览 进入关怀版