摆锤结构设计论文

摘要：通过对应用型本科院校实践教学目前存在的问题进行分析，找出问题的原因，分析解决问题的方向，从而提出切实可行的实践教学改革方案。同时，阐述在实施方案过程中所采用的以项目教学法为基础的实践教学方法，以期在机械制造设计与自动化专业进行国际专业认证中有力地支撑毕业要求的相应指标。以下是小编精心整理的《摆锤结构设计论文 (精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

摆锤结构设计论文 篇1：

游乐设备大摆锤结构分析及测试探讨

摘 要：为满足游客的消费需求，实现娱乐设施的多元化，越来越多的游乐场，尝试引进大摆锤，由于缺乏相应的设备管理经验，导致大摆锤安全事故发生率较高，对游客的人身安全以及游乐场自身的发展带来极为不利的影响。文章以大摆锤作为研究对象，从力学层面，对其主要结构进行分析以及测试，获取相关数据，为后续相关结构设计优化工作的开展提供参考。

关键词：游乐设备 ;大摆锤 ;结构分析 ;测试

前言

大摆锤作为一种高空高速游乐设施，由于自身的趣味性、刺激性深受广大游客的喜爱，逐步成为主流的娱乐休闲方式。考虑到我国游乐行业起步相对较晚，各类技术以及管理手段尚不成熟，尤其对于大摆锤这种特种设备而言，在设备研发、制造、日常管理等方面仍然存在不足，这些问题如果得不到有效解决，势必影响大摆锤的运行质效，增加安全风险。为有效解决这一问题，强化大摆锤的设计与制造水平，文章从多个维度出发，系统探讨大摆锤结构的力学特征，掌握相关参数，旨在提升大摆锤设计、制造能力。

1.大摆锤基本结构与参数

为保证大摆锤结构分析与测试质效，提升结构设计的针对性以及有效性，相关工作人员在各项工作开展之初，有必要对大摆锤的基本结构以及相关参数进行细化，从而促进分析测试等相关工作的顺利进行。

与其他游乐设施相比，大擺锤结构相对简单，其主要由大臂、旋转筒、连接臂、座舱、座椅、脚架等部分组成，其具体结构如图1所示：

作为现阶段主流的大摆锤设备，大臂运行过程中，其正转、反转最大限度为120°，游客在座舱内达到的最大高度为18.8m，转速为11.3r/min。为保证整体结构强度，目前大摆锤大臂的重量为5200公斤，连接臂重量为4900公斤，座舱为10430公斤，大摆锤固定部分的重量为45000公斤[1]。通过对重量的有效控制，使得大摆锤能够一次性满足42名游客的乘坐需求，同时也能够将摇摆的高度控制在合理的范围内，既保证娱乐性又提升安全性。

2.大摆锤结构分析与设计方法

大摆锤结构分析与设计涉及多个方面的内容，通过系统化处理以及操作，工作人员在结构分析的基础上，逐步优化设计方案，增强大摆锤相关结构的强度，延长大摆锤使用寿命，减少安全事故发生机率。

2.1大摆锤主体结构分析与设计方法

大摆锤主体结构主要包括座舱、连接臂以及旋转筒，在对其进行分析以及设计的过程中，为保证分析工作开展的整体质效，相关工作人员可以采取有限元分析方案，针对于大摆锤座舱、连接臂、旋转筒的尺寸，建立有限元模型，以此为依据，进行系统化的分析以及梳理[2]。通过有限元分析，能够对大摆锤主体结构中的焊接部位的强度信息进行全面掌握，以座舱焊缝有限元分析为例，根据计算大摆锤主体结构最大应力为76.7MPa，同时应力集中点并没有分布在焊缝等部位，因此焊缝区域的应力相对较小，基本处于60MPa以下。在座舱焊缝有限元分析过程中，可以发现其最大应力为61MPa，低于主体结构最大应力，因此焊缝结构强度较好，安全系数较高。基于这种认知，在进行大摆锤主体结构设计的过程中，设计人员应当在科学性原则、实用性原则的引导下，借助于有限元分析模型，对大摆锤主体结构受力特点进行明确，在此基础上，对焊接部位进行灵活调整，通过这种方式使得大摆锤主体结构的应力承受能力始终处于合理的范围内，进而避免主体结构产生裂纹等情况，保证大摆锤主体结构的稳定性[3]。对于大摆锤主体结构中座舱的分析主要集中在螺栓校对方面，由于大摆锤座舱结构相对复杂，因此在设计、制造过程中，座舱由七部分拼接构成，在这种情况下，无疑给座舱重心以及离心力分布产生影响，而对座舱螺栓设计以及优化，有助于解决重心与离心力问题。在这一思路的指导下，设计人员在座舱设计过程中，应当有目的的做好螺栓设计工作，通过螺栓来实现对座舱重心分布以及离心力的有效控制，确保二者的均匀分布，以保证整体结构的稳定性以及游客的舒适度。

2.2大摆锤脚架分析与设计

为了保证大摆锤整体稳定性，相关企业在进行大摆锤结构设计以及加工制造的相关环节时，有必要做好脚架的设计工作。基于这种认知，在设计过程中，应当对大摆锤脚架进行系统化分析。利用解三角的方式，将脚架与地面之间的角度关系进行判定，在此基础上，对不同状态下，脚架受力情况进行评估以及校对，例如对大摆锤大臂垂直状态下，脚架受力情况以及大臂运动过程中，脚架受力情况进行等进行全面评估，通过这种方式，获得必要的数据，设计人员依据相关数据，来最终确定脚架的自重、分布位置、与地面的角度关系，以此来满足大摆锤不同运行状态下，脚架的结构稳定性以及结构强度，切实增强大摆锤整体的安全性[4]。

3.大摆锤结构测试

为确保大摆锤结构强度以及稳定性，工作人员在完成分析与设计工作后，有必要进行测试，掌握大摆锤不同状态下，应力变化情况，实现对其结构设计方案的系统化评估。设计人员以应力测试为依据，有针对性地开展结构设计方案的调整与优化工作，不断确保大摆锤的安全性。

考虑到大摆锤的特性，在实际的测试过程中，设计人员可以将重点放在大摆锤应力测试环节，以应力测试为切入点，不断增加大摆锤结构设计效果的有效评估，进而为后续相关设备维护、管理提供利。在应力测试环节，为保证测试准确性，可以从最大拉应力、最大剪力等角度出发，明确应力测试的标准，理清测试的主要流程，形成测试的大体框架[5]。同时在做好上述准备工作之后，工作人员还应当做好应力测试系统的选择工作，考虑到实际的测试需求，可以采取非接触式应力测试系统，这一测试系统操作难度较低，测试周期较短，测量精度较为准确，满足了现阶段大摆锤应力测试的相关要求。除了进行应力测试工作之外，还可以对大摆锤电力系统进行测试评估，以保证电力系统运行效果。

结语

为进一步提升大摆锤的安全性，减少安全事故的发生，文章着眼于实际，在分析大摆锤基本结构以及主要参数的基础上，扎实做好结构分析、测试以及设计工作，在掌握大摆锤结构特性的同时，完善相关结构，不断增强大摆锤结构的强度以及稳定性，为后续大摆锤日常管理以及维护提供了便利，最大程度地减少了安全事故的发生。

参考文献：

[1]赵九峰.基于ANSYS Workbench大摆锤刚体动力学分析[J].机械研究与应用，2019(1)：97-98.

[2]薛真，项辉宇，冷崇杰.含裂纹大摆锤减速器行星齿轮的疲劳寿命分析[J].机械动力，2017(4)：64-65.

[3]曹子剑，曹树坤，张勇.典型游乐设施大摆锤人因要素的HAZOP分析[J].中国特种设备安全，2018(9)：61-62.

[4]李农.游乐设备大摆锤的结构分析[J].建筑工程技术与设计，2017(5)：134-135.

[5]马栋联，李晨阳.游乐设备大摆锤机身有限元分析[J].轻工科技，2017(2)：97-98.

作者：龙艳寒

摆锤结构设计论文 篇2：

应用型本科学生实践教学模式的研究与实践

摘要：通过对应用型本科院校实践教学目前存在的问题进行分析，找出问题的原因，分析解决问题的方向，从而提出切实可行的实践教学改革方案。同时，阐述在实施方案过程中所采用的以项目教学法为基础的实践教学方法，以期在机械制造设计与自动化专业进行国际专业认证中有力地支撑毕业要求的相应指标。

关键词：应用型本科学校;实践教学模式;项目教学法

随着中国正式加入《华盛顿协议》，高校本科教育如何积极改革创新工程教育模式，设计创造高端实践教学体系已经是一个重要的建设方向。高等工程教育实践教学体系，是学校培养工程技术人员基本素质与工作能力不可或缺的必修课程，是以实现增强学生工程实践能力，培养创新意识和创新能力，提高学生综合能力为教学目标，是要激发学生面向工程实践活动时所具有的潜能和适应性，从根本上讲是要培养学生的工程素质能力。应用型本科院校学生实践教学能力存在很多问题，研究探讨出切实可行的实践教学模式势在必行，有效的教学方法也非常重要。本文以问题为导向，力求探索出科学的模式、合适的方法，并在实践中实施[1]。

1应用型本科学校实践教学存在的问题分析

高校转型发展已经成为当今应用型本科院校高等教育的主流和趋势，但是在转型过程中在實践教学环节存在很多问题亟待解决，主要表现为以下几个方面：

1.1应用型本科教育的定位不够准确

很大一部分学校重理论、轻实践的观念和思想根深蒂固，存在强大的惯性。如在内涵、培养模式、课程体系以及对教师的要求等方面都停留在传统的本科思维上。因此表现为重理论、轻实践的现象，学校领导和主管处室在资金与人员分配、教学资源配备等方面均倾向于课堂理论教学，忽视实践教学。问题的原因一方面是传统本科人才培养的惯性和知识本位的思想依然具有根深蒂固的地位，学校相关部门管理者的思想观念和思维模式还没有从传统的精英教育中摆脱出来，对应用型本科人才培养要求还比较模糊;另一方面是有些学校本科办学历史较短，还处于摸索阶段，匆忙转型，在很多方面还没有做好准备。

1.2转型过程中对实践教学体系缺乏系统构建

许多院校在转型过程中，刚刚建立理论教学体系，还没有把实践教学纳入整体的教学体系中去考虑，还处于传统本科的实践教学体系阶段。

(1)理论教学时数总量偏大，实践教学时数少。转型后虽然增加了一定的实训内容和课时，但其实践教学与理论教学的课时比例与传统本科基本一致，理论教学学时与实践教学学时不相匹配。

(2)理论教学与实践教学地位不平衡，实践教学没有构建独立的教学体系而仍然依附于理论教学。理论教学体系是完善而独立的，而实践教学内容分散而孤立，教学内容附属于理论教学体系，缺乏实践教学体系自身的纵向连贯性和系统性。

(3)实践教学环节与生产实际相脱节。各项实践教学环节基本根据理论教学的需求而设计，实践教学仅仅是为了更好地理解和掌握理论教学的相关内容，忽略了教学内容和环境与生产实际的结合。

(4)课内教学实践与课外的实践教学没有有机结合。学生除了课堂教学外还有内容丰富的课外活动，但与所学专业联系不多，部分学生参加一些学科竞赛、大学生创新计划项目、实验室开放等活动以外，大部分学生参加的都是学生社团活动，对提高实践能力帮助不大。

1.3忽视对实践教学课程的内涵建设

在部分应用型本科院校中，缺乏对实践教学课程内涵建设的重视，从而影响实践教学的质量。主要表现在：一是内容陈旧、更新周期长，不了解社会和企业的需求，课程内容滞后，教师缺乏企业工作经验，授课时多为纸上谈兵。综合性设计性实验少，验证性的多。二是实践教学方法简单，技术手段落后。在实践教学中还是采用以教师为主导的讲授方法，学生被动地听，不能有效发挥学生的积极性和主动性，更不能充分调动学生的创新意识和培养学生的科学探索精神[2]。

1.4实践教学管理队伍建设存在问题

现在的高校理论教师队伍建设进入博士化、国际化的阶段，而实践教师队伍状况堪忧。由于实践教师队伍薪资待遇、福利待遇问题，并且适合实践教学的硕士和本科学历的教师在编制问题上存在的问题，工人技师队伍更是不稳定，长此以往，实践教师队伍中高素质、能力强、具有工匠技术的人越来越少，这将严重影响实践教师队伍建设，制约着应用型人才的培养。

1.5实验室、实习基地设备管理模式亟待优化

实验实习设备是工科院校培养应用型人才的硬件基础。目前高校实验设备老化，每个院系的相近实验室都小而全，实验设备利用率低下，实验设备资源不能共享，绝大多数实验室还处于封闭式管理的状态， 不能做到资源共享。利用互联网建立和完善实验设备资源共享和开放平台势在必行[3]。

2应用型本科学校实践教学模式改革方案

针对上述问题，应用型本科院校可以有很多改革方案去解决，课题组针对新建本科院校的实际情况，结合工作实际，制定出如下方案;即“一对一，两渗透，三循环，四递进”的实践教学方案。

一对一。即理论教学和实践教学并重，不但在教学内容和教学学时上并重，而且在领导、管理者和教师的思想上、观念上并重，在资金投入、人员素质和水平、设备的更新换代等方面加大比重，这样才能真正解决地位、观念、投入等问题。

两渗透。即基础理论和基础实践相渗透;专业理论与专业实践相渗透。在理论教学与实践教学并重的基础上，理论和实践成为对立统一体，是相互渗透的关系不是依附关系。只有相互渗透，基础理论和基础实践才能融为一体，在实践中获得知识和经验，在理论指导下去实践。学生在学习专业理论的同时参与实践活动，不是给学生单纯地验证理论，而是让学生积极参与设计性、综合性、创新性的实践教学活动，这样才能真正使学生的应用能力得到提高和加强。

三循环。基础理论和基础实践循环;专业理论和专业实践循环;所有理论知识与毕业设计实践相循环。通过基础理论和基础实践的循环，使学生掌握基本的实践教学的方法论，掌握基本的通用的实践方法和能力;通过专业理论和专业实践的循环，使学生掌握相关专业专门的特殊的实践方法和能力;通过最后的毕业设计环节，使学生掌握科学研究的基本方法和能力，通过毕业设计综合运用所学知识和能力融为一体，培养和锻炼学生解决新问题、完成新课题的方法和能力。

四递进。即实践能力的四个层次。一是对实践的初步认识，比如认识实习、基础课验证性实验;二是专业实习、专业实验;三是工程训练、设计性实验;四是创新性实验、综合性实践环节等。遵从人的认识规律，是一个由浅入深，由表及里的过程。实践动手能力也是如此，也要遵从能力的培养规律，像“卖油翁”一样，由生疏到熟练再由熟练到精炼的过程。这样才能将学生培养成应用型的、工匠型的人才。

上述方案经过几年的实施，取得了较好的教学效果，实践教学的地位得到了提高，学校领导及各智能部门对实践教学给予了高度重视，学生的实践能力、动手能力明显提高。

3应用型本科学校实践教学方法改革

为了更好地实施应用型本科实践教学方案，改变以往的以教师为中心的教学方法，可以实施项目教学法。

3.1对项目教学法概念的理解

所谓项目教学法是以学生为主角，教师在实施教学的过程中起到导演或指导的作用。设计出一个独立实践项目由学生自主进行，学生要从收集信息入手、完成方案设计、实施和评价的全过程。学生通过项目的推进，了解和把握整个过程及每一个环节中的基本要求。“项目教学法”的显著特点是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，具体表现在：目标指向的多重性;培训周期短，见效快;可控性好;注重理论与实践相结合。项目教学法是师生共同完成项目，共同取得进步的教学方法[4]。

3.2项目教学法的实践

以工程实训为例，说明实施项目教学法的过程和意义。

3.2.1在工程实训中，如车工和钳工结合，共同完成一个手锤的制作;焊工由学生自主设计完成如自行车、三轮车等设计和制作;数控加工由数控车和数控洗共同完成，如长征系列火箭的制作;特种加工如电火花，也是由学生自主设计图案，进行加工。

3.2.2在工程训练的同时增加了“多功能手锤设计与制作”的教学项目。根据黑龙江工程学院机制专业国际专业认证需求，工程训练教学需要支撑三项指标：(1)能够运用机械制造中基本的毛坯成形方法和零件加工方法，进行初步工艺分析和工艺流程设计;(2)能够根据材料成形及机械制造工艺，选择和使用相应加工设备及辅助工艺装备;(3)能够在机械制造加工过程中，适应角色转换，与团队其他成员进行有效合作，并明确应承担的责任。为了实现这一教学目标，中心引入多功能手锤设计项目教学任务，改革创新教学模式[5]。为了保证项目教学任务的有效推进，根据专业认证班级的学生人数进行合理分组，1名指导教师指导3组学生，每组学生由6—8人组成进行设计及答辩工作，学生需进行多功能手锤的总体方案设计、结构设计和零部件设计、各零部件加工工艺分析、手锤技术成本分析等工作，最终还要撰写设计说明书并且绘制图纸，并采用PPT进行答辩。

(1)目的及意义

通过对工程训练课程的学习，学生能够对工程材料以及机械制造基础有感性认识，以此为基础，结合理论课的学习并查阅相关资料，完成多功能手锤的设计，能够初步培养学生的工程能力以及综合素质。

学生以小组形式组成设计团队，按照设计要求，根据每个学生的特长进行分工，团队成员互相配合，共同完成设计。在设计过程中能够有效培养学生的团队合作精神及在团队中的角色转换，培养学生自主学习能力，创新能力及分析解决复杂工程问题能力;同时激发学生学习兴趣，提高学习积极性[5]。

(2)设计内容、技术要求

设计内容： ①完成至少三种以上功能的手锤;②多功能手锤的外观及尺寸设计;③多功能手锤的工艺设计;④选择材料、成本分析。

设计要求：要求查阅资料，了解该设计研究的现状，并将其运用到设计中，同时要求结构合理、工艺简单、使用寿命长。具体要求是：①具有手锤的基本功能;②在手锤基本功能的基础上，设计其他的功能(至少3种功能)，而且有一种是原创;③总体设计方案需两种以上，综合对比，选则最佳方案;④設计过程中所需的技术参数有：锤柄部分最大长度：300mm;锤柄部分最大回传直径：30mm;锤头部分最大长度：100mm;锤头部分最大回转直径：60mm。

(3)设计完成后应提交的成果

图纸部分：一张装配图A3图纸;全部零件图A4图纸。

说明书部分：设计说明书字数在0.3万字以上(说明书一式一份)。

制作PPT课件进行答辩。

(4)设计进度安排

①分配任务书，查阅资料及相应知识准备：1周;②确定总体设计方案，根据方案进行结构设计及零部件设计和校核：1周;③改进尺寸机构设计，完成设计工作图绘制：1周;④多功能手锤加工工艺分析，并进行技术成本分析：1周;⑤整理定稿及打印设计说明书，计算机出图，并进行答辩准备：1周;⑥答辩：1周。

在整个设计任务完成过程中，从多功能手锤设计题目的审定，到项目教学任务书的撰写;从对专业认证班级的合理化分组，到项目教学任务指导教师的配备;从指导教师对整个设计过程的有效指导，到最终设计完成并进行答辩。整个项目教学任务是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，师生共同完成，实现了学生主动参与、自主协作、探索创新的新教学模式。

3.3项目教学法对专业认证的支撑效果

工程训练是培养学生实践能力和创新意识的重要环节，教学模式的合理化运用，将全面促进学生实践能力的提高。通过项目教学法的实施，改变了以往的实践教学模式，促进了工程训练教学质量全面提升。通过项目教学法的实施，提高学生的创新能力、自主学习能力、以及解决复杂工程问题的能力，有力地激发了学生的学习兴趣、培养学生的团队合作精神。在机械设计制造及自动化专业国际专业认证过程中有力地支撑了指标点的达成，得到了国际认证专家的认可和好评[6]。

4结论

本文通过对应用型本科院校实践教学目前存在问题的分析，提出实践教学改革方案，即“一对一，两渗透，三循环，四递进”的实践教学方案，并阐述在实施方案过程中所采用的项目教学法，取得了比较好的教学效果，支撑了专业认证，提高了学生的实践应用能力。

参考文献：

[1]华尔天，等.中国加入《华盛顿协议》背景下工程创新人才培养的探索与实践[J].中国高教研究，2017(1).

[2]刘扭参.地方应用型本科高校实践教学问题研究[J].吉林省教育学院学报，2017(1).

[3]邓小玲，等.应用型本科实践教学体系改革与探索[J].教育教学论坛，2017(8).

[4]袁传怀，殷彬.项目教学法的实践探索[J].高教学刊，2017(10).

[5]杜才平，陈斌岚.德国应用科技大学的实践教学及其启示[J].当代教育科学，2017(2).

[6]孟兆生，等.基于专业认证的工程训练项目教学模式研究[J].黑龙江工程学院学报，2017(2).

作者：岳彩霞 孟兆生 郭树东

摆锤结构设计论文 篇3：

面向总成的低温冲击试验研究

摘 要：低温冲击是检验总成低温脆性的有效手段之一，而现有针对总成的试验方法和设备的研究较为缺乏。结合实际工程需求，提出了一种面向大型总成的低温冲击试验方法;基于有限元法(FEM)，设计了一套大冲击功低温试验设备;最后通过某型后桥总成的低温冲击试验，证明了所述试验方法和试验设备设计的正确性。

关键词：零部件总成;低温冲击;试验方法;试验设备;低温脆性

材料在低温条件下的韧脆转换，导致零件在低应力水平下也会发生脆性断裂[1]。低温脆断较其他失效形式更加难以预防，造成的危害往往十分巨大。当前，零部件总成大多基于材料的低温数据进行相关计算校核，由于零件设计、加工等因素影响[2]，致使采用该方法推导而得的结果不如基于总成的低温冲击结果直接、准确，加之大型总成对试验设备、试验方法的要求与其他类型样件存在差异，导致可供参考的试验方法及设备较少，相应的研究亦较为缺乏。针对以上问题，结合工程实际需求，提出了一种面向大型总成的低温冲击试验方法;基于FEM，设计了一套大冲击功低温试验设备;最后利用上述试验设备和方法，复现了某型后桥的失效过程并测得了冲击功，证明了所述试验方法以及试验设备的正确性。

1 试验设备设计

大型总成对冲击功要求较高，导致所需冲击试验机形体偏大，为节约成本，环境箱不覆盖冲击试验机，设计的试验系统如图1所示。系统可分为两部分：1、低温环境箱，2、摆锤冲击试验机。环境箱在试验开始时覆盖在试件上方，冷浸预处理完成后从试件上方吊离。

1.1 低温环境箱设计

当前低温冲击常用冷源及特性如表1所示[3]，通常自然环境不会低于-90 ℃，对于一般总成试验而言，液氮即可较好的满足使用需求。

液态氮气温度极低，若直接接触试件，极易造成试件表层温度分布骤变，从而形成裂纹破坏试件，因此液氮在进入环境箱时，需在低温箱中提前与高压室温气体混合，再通过箱体内部的蜂窝孔均匀喷撒在试件上。利用低温气体下沉、高温气体上浮原理，将液氮入口布置在高压室温气体上方，有利于两种不同温度气体的充分混合，同时高压气体的高流速有利于混合好的气体在低温箱中进行扩散，环境箱整体结构如图2所示。该形式的环境箱整体结构刚度好，质量轻，便于吊装，且制造成本低廉，经过试验证明，其同时具备较好的保温隔热效果。

1.2 摆锤冲击试验机结构设计

大型总成除冲击功要求外，通常对碰撞方向控制要求也较高。为满足以上需求，采用四根摆臂下挂箱体式冲击锤的摆锤设计方案。箱体为后续增加配重提供了空间，两组平行四边形机构可在保证强度、刚度要求的同时，确保在任意位置撞击试件时锤头始终保持水平，使撞击方向更易控制，整体结构如图3所示。当摆锤撞击试件反弹后，锁止杆升起并将摆锤锁止，以防止摆锤对试件造成二次冲击伤害。

1.3 基于FEM的设计验证

由于冲击试验机具备中间对称结构，因此取其一半进行建模并划分网格。为满足碰撞分析网格划分要求，对三角形单元比例以及单元长宽比等参数进行了控制[4]，所得有限元模型如图4所示。采用刚度沙漏控制法，控制系数设定为0.06[5]，避免了沙漏现象的出现。以设计工况的1.5倍为边界条件，得出冲击试验机最大冯·米塞斯应力为285.1 MPa如图5所示，低于330 MPa的屈服极限，当前的设计满足了现有试验要求。

2 试验方法设计

2.1 样件预制

当前低温冲击试验冷浸一般采用恒温冷冻，冷浸时间通常为5～15分钟[6， 7]。近期研究表明，冷却速率、冷冻温度以及冷冻时间均会对零部件总成的低温特性造成较大影响[8]，因此，如图6所示将冷浸过程设计为如下三个阶段：

初期阶段：为了模拟自然环境下的低温工况，在冷却初期温度下降速率设计偏缓，以避免零部件总成过脆或出现冻裂，从而影响试验准确性;

中期阶段：根据传热学理论，短时间内零部件总成温度一般要高于冷媒温度[9]，因此当环境箱温度达到试验温度时，还应继续将温度调低5%～10%左右并保持一段时间，以达到迅速冷却零部件总成温度的目的。

末期阶段：冷冻末期，应将温度缓慢回调到试验温度并保持较长时间，以便于零部件总成材料性能充分完成转变。

2.2 冲击功的测量计算

当前计算冲击功的方法主要有两种：1、GB/T229-1994中以计算摆锤势能变化求解冲击功，2、通过测量冲击力和位移来计算冲击功[10]。摆锤冲击试验下落过程中，轴承摩擦等不可控因素会吸收部分势能，加之位移及力信号时间历程测量难度及费用较高，导致两种方法应用过程中均存在一定的局限。结合冲击试验特点，提出以测量摆锤碰撞前后的速度来求解冲击功，所需设备仅为一个速度传感器，计算公式如式1所示。式中，J 为冲击功，m 为冲击锤碰撞位置的当量质量，vt 为撞击后的冲击锤速度，v0 为撞击前冲击锤速度。

3 后桥零部件总成低温冲击试验

某型车在进行寒区试验时，后桥某处出现了低温脆断现象。为验证后桥低温脆性是否满足使用需求，需进行低温冲击试验。将车桥在环境箱中冷冻，温度控制曲线如图6所示，之后将冲击锤举升到设定高度并让其自由落下撞击车桥，车桥在与寒区试验时相同位置发生了脆性断裂，如图7所示。测量撞击前后冲击锤速度，根据式1计算出冲击功为1620J，证明了后桥在纵臂部位抗低温脆断性能存在不足，为后续改善提供了依据。

4 总结

(1) 结合实际工程需求，针对大型总成特点，设计了摆锤冲击试验机和低温环境箱，并基于FEM验证了设计的合理性。所述环境箱及冲击试验机经过使用实践，证明其结构合理、工作性能良好;阐述的基于CAE验证分析方法，可为其他冲击、碰撞类试验的开发提供参考。

(2) 针对现有低温冲击试验研究的不足，提出了一套面向大型总成的低温冲击试验方法，并对试验温度控制、冲击功的计算等方法进行了论述，所述内容对现有冲击试验方法进行了有效补充。

参考文献：

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[2] 唐振廷， 陈一龙. 冲击试验的现状与发展[J]. 汽车工艺与材料. 2004(10)： 1-5.

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[4] 牛正风. 货车驾驶室摆锤碰撞安全性研究[D]. 长沙： 湖南大学， 2011.

[5] 王暄， 陈弘， 董丽莉， et al. CATARC汽车模拟碰撞试验系统的研究[J]. 汽车技术. 1996(4)： 7-10.

[6] 林晓新. 运用常温冲击试验机进行低温冲击的试验方法[J]. 嘉应大学学报. 1998(3)： 92.

[7] 孔永华， 飞王， 李东方， et al. GH4169 合金的低温冲击试验[J]. 低温工程. 2011(182)： 11-15.

[8] 周欣萍. 温度和载荷速率影响结构钢脆性的本质探讨及脆断控制[D]. 哈尔滨： 哈尔滨工业大学， 2005.

[9] 郭怀东， 李东林， 黄仁太. GB150标准低温冲击试验温度规定修改意见[J]. 压力容器. 2002， 19(12)： 4-5.

[10] 李运升， 王耀邦. 冲击器回转试验台冲击功的计算机测量方法_李运升[J]. 中国水运. 2007， 07(11)： 72-73.

作者：何洋　许玉曼　夏添　杨雨圣　卢朋朋