一种机床末端三维静刚度的测试装置，动力装置采用额定载荷 高的液压装置，传力装置采用传动效率高、结构可靠的圆筒式直线导 轨副结构，结构简单紧凑、传力效率高，加载过程平滑、稳定，传力 装置与机床末端的连接采用弹簧柔性连接，能有效吸收外界干扰形成 的附加位移和附加荷载，有效保护机床末端结构。一种机床末端三维 静刚度测试装置的控制系统，能自动控制加载、测量、计算静刚度的 全过程，界面友好、控制精准。一种机床末端三维静刚度的测试方法， 单向加载机构配合机床本身的回转功能实现三维加载，采用控制系统 装置和控制系统控制测试全过程，方法操作简单、测量精度高。 

一种机床末端三维静刚度的测试装置，动力装置采用额定载荷高的液压装置，传力装置采用传动效率高、结构可靠的圆筒式直线导轨副结构，结构简单紧凑、传力效率高，加载过程平滑、稳定，传力装置与机床末端的连接采用弹簧柔性连接，能有效吸收外界干扰形成的附加位移和附加荷载，有效保护机床末端结构。一种机床末端三维静刚度测试装置的控制系统，能自动控制加载、测量、计算静刚度的全过程，界面友好、控制精准。一种机床末端三维静刚度的测试方法，单向加载机构配合机床本身的回转功能实现三维加载，采用控制系统装置和控制系统控制测试全过程

成果描述：本发明公开了一种弹性车轮扭转刚度测量辅助夹具，由机架(5)、可联接在机架(5)上的支撑框(6)、可联接在机架(5)上的两个夹紧块(4)构成的轮毂支承制动机构和由过盈轴(2)及加载臂3构成的轮芯加载机构所组成。本发明将轴与弹性车轮压装在一起使其过盈配合；将轴通环形槽与支撑框的圆形凹槽配合坐落在支撑框上，可绕轴的轴向转动，加载臂一端施加压力此时弹性车轮轮芯与轮毂之间仅有扭转变形，通过压力试验机的压力、行程、力臂长度测量弹性车轮的扭转刚度。市场前景分析：轨道交通移动设备技术领域。与同类成果相比的优势分析：技术先进，性价比较高。

成果与项目的背景及主要用途： 对于机械手臂的机械结构尽量做到易于维护、容易扩展到更多的自由度,并 且希望其动作具有较高的灵活性。在对机械手臂的控制上,要求使用合适的控制 算法使机械手臂实现更高的定位精度。并希望其控制拥有较好的系统稳定性并易 于修改控制程序,在机械手臂增加更多的自由度或者其他设备时控制系统具有良 好的扩展性。混联拓扑结构继承了串联和并联拓扑结构的优点，具有结构紧凑工 作空间占地面积比大刚度高可重构能力强等特点，可广泛应用于大型结构件高速 高精度数控加工单元中。 技术原理与工艺流程简介： 五自由度机器人，包括固定架、第一长度调节装置、第二长度调节装置、第 三长度调节装置、动平台和定位头，固定架的中间部位设置有第一铰链，该铰链 由内、外同心环构成，第一长度调节装置的上部通过所述第一铰链和其与第一铰 链构成的滑移副设置在固定架上，动平台固定安装在第一长度调节装置的末端， 可提供两转动自由度的定位头安装在所述动平台的底部，其特征在于：所述固定 架两侧对称地连接有第二、第三铰链，所述第二、第三长度调节装置一端分别与 所述第二、第三铰链相连，其另一端分别通过具有三转动自由度的铰链与构成第 一铰链的内环连接。 由 2 自由度球面并联机构和 1 条末端装有 2 自由度砖头并通过移动副与之串 接的主动支链构成的 5 自由度混联高刚度机器人，可做成即插即用的可重构模块 54天津大学科技成果选编 55 用于搭建不同形式和用途的自动化装备。Trivariant 系列机器人为三维空间内的 高精度复杂曲线切割作业、焊接作业和装配作业提供了完美的解决方案，拥有精 度佳、可靠性高、易用性强、维护成本低等优势。 技术水平及专利与获奖情况： 五自由度机器人 CN200510014459 应用前景分析及效益预测： 提出实现节点 5 坐标快速、低成本加工的创新构思，进而形成基于 CAD/CAPP/CAM 和新型工业机器人的“制模—组模—铸造—加工”数字化成套解 决方案，并成功应用于 2010 年上海世博轴阳光谷大型复杂网壳结构工程，有效 地解决节点制造成本高、工效低、周期长的技术问题，确保每个节点尺寸和角度 毫厘不差。 应用领域：装配、焊接、搬运、加工、复杂相贯线切割 技术转化条件（包括：原料、设备、厂房面积的要求及投资规模） 可依据客户需求，选择指定厂家的伺服电机，定制开发控制系统，并可开放 后台接口，方便用户进行二次开发和升级。 合作方式及条件：面议

研制开发的高强度高刚度灰铸铁生产技术是国家“八五”重点推广项目，曾获北京市科技进步一等奖、二等奖和其他省市科技进步奖及其他类别奖共11项。 该技术通过合理选择冲天炉熔炼工艺，调整铁水的成分，严格孕育，在较高碳当量条件下，获得高牌号的优质灰铸铁，如HT250、HT300及HT350，而且铸铁具有高的弹性模量（120000~135000Mpa），残余应力可下降15~20％，铸件可以取消热时效，进一步降低生产成本，铸件还具有很好的组织均匀性、很小的白口倾向性和良好的机加工性。 高强度高刚度灰铸铁适用于制造各种机械的铸造毛坯，如内燃机铸件、汽车铸件、机床铸件、工程机械、发电设备、拖拉机铸件及其他通用机械铸件，因此高强度高刚度灰铸铁的市场很广阔。

本发明公开了一种弹性车轮扭转刚度测量辅助夹具，由机架(5)、可联接在机架(5)上的支撑框(6)、可联接在机架(5)上的两个夹紧块(4)构成的轮毂支承制动机构和由过盈轴(2)及加载臂3构成的轮芯加载机构所组成。本发明将轴与弹性车轮压装在一起使其过盈配合；将轴通环形槽与支撑框的圆形凹槽配合坐落在支撑框上，可绕轴的轴向转动，加载臂一端施加压力此时弹性车轮轮芯与轮毂之间仅有扭转变形，通过压力试验机的压力、行程、力臂长度测量弹性车轮的扭转刚度。

实时把握生产、库存等数据，是企业进行生产经营管理的基础。本项目以制造执行管理系统（MES）数据库为核心，采用Web浏览器/服务器（B/S）的方式，对生产数据进行查询和分析，为管理者决策提供科学的依据。本软件系统的主要功能如下： 基于浏览器的有关生产订单、生产计划、作业计划、生产过程、生产实绩、质量、库存等数据的实时查询功能； 基于浏览器的多种数据分析方法； 针对多种用户角色的权限控制功能、数据备份和数据安全保护功能。

强度和韧性的“倒置关系”是材料研究领域长期存在的难题。大量的实验表明，随着金属材料内部晶粒尺寸的降低，在强度获得提升的同时，韧性将大打折扣。目前，广泛采用的高强材料韧化策略有：（1）改变组分，通过引入和调整材料的多种主要元素，同时激活多种塑性变形机制，高熵合金材料就是采用这种思路；（2）改变微结构，在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构，避免由于特征长度突变带来的性能突变，有效克服金属材料强度和韧性的失配问题，这种材料被称为梯度纳米结构材料。 图1 梯度结构金属材料的类型（摘自：李毅，梯度结构金属材料研究进展，中国材料进展，2016, 35: 658-665）人工制备的梯度纳米金属结构主要包括以下几种：梯度晶粒，梯度位错，梯度孪晶，梯度固溶物，梯度相，以及包含两种以上的梯度混合结构。在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构，可以进一步提高其强韧性匹配能力。例如，通过表面研磨处理（SMAT）在孪晶诱发塑性（TWIP）钢表面引入大量的塑性变形，使其表面晶粒细化，随着深度的增加，晶粒细化的程度逐渐降低，同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生，因此在TWIP钢内部形成了包含梯度晶粒，梯度位错和梯度孪晶的梯度混合结构。这种梯度纳米结构TWIP钢的强度可以提升50%，断裂应变仅从60%下降到52%，具有更高的强韧性匹配能力。目前，关于梯度纳米结构TWIP钢的研究集中于实验，反映物理机制的本构模型研究还鲜见报道。西南交通大学力学与工程学院张旭教授与德国马普钢铁所、中国钢铁研究总院等机构开展合作，指导博士生陆晓翀发展出考虑位错滑移和变形孪晶等物理机制的微结构尺寸相关晶体塑性本构模型。依托DAMASK平台将该模型移植有限元，并对梯度纳米结构TWIP钢的单轴拉伸变形行为展开模拟，揭示了其微结构演化与宏观性能之间的关系，量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。相关研究工作已在金属材料与固体力学交叉领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》上在线发表，论文题目为Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 论文链接： https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP钢的单拉实验数据验证该模型的合理性，结果表明该模型对不同尺寸下的应力应变响应和应变强化行为都可以较好地描述，特别是细晶TWIP钢硬化率曲线中的up-turn效应。通过对内变量演化的分析及对比性模拟，作者发现这种up-turn效应源自于细晶中显著的背应力。 图2 对比不同晶粒尺寸TWIP钢的单拉实验和模拟结果由于梯度纳米结构TWIP钢的微结构十分复杂，晶粒数目众多，通过采用三维均匀化方法，建立了宏观试样尺寸的有限元模型。通过对每层单元赋予不同的晶粒尺寸，初始位错密度和孪晶体积分数，离散地描述材料内部微结构的梯度分布，并通过梯度网格划分方法进一步减少单元数目。对于材料表层微结构变化剧烈的区域，采用密度较高的网格，以保证更加精确地描述微结构的梯度变化。 图3三维均匀化方法示意图作者利用发展的晶体塑性模型，对均匀和梯度纳米结构的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP钢的单拉变形行为进行模拟。结果表明，在合理描述均匀结构TWIP钢应力-应变响应的基础上，通过引入微结构的梯度分布，无需修改任何参数就可以较好地描述梯度纳米结构TWIP钢的单拉力学行为。通过对比变形云图，作者发现均匀和梯度纳米结构TWIP钢的表面都会变的粗糙不平，但梯度纳米结构的表面粗糙度更加明显，产生的应变局域化形成了两个凹陷区，且凹陷区在垂直于平面方向也会发生收缩。随着深度的增加，收缩程度逐渐降低。通过对比性模拟，作者发现表面凹陷区的出现就是梯度纳米结构TWIP钢韧性略微下降的原因。而应变局域化的产生与表面纳米层晶粒的应变强化能力有关，提高表面纳米晶的硬化能力，就可以抑制表面凹陷区的出现和韧性的下降。此外，作者通过分析不同层位错密度的演化，进一步证实了上述观点。作者还通过对比性模拟量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。结果表明：强度的提升源于梯度位错结构，梯度晶粒和梯度孪晶结构有助于保持材料的应变强化能力。 图4 均匀结构和梯度纳米结构TWIP钢的模拟结果对比分析。

成果的背景及主要用途： 高效大跨度结构体系不仅关系到资源节约、施工便捷和效果美观,更是一个 国家建筑技术水平的重要标志。传统的梁板式结构用钢量大效能低、单层网壳稳 定性差支座水平推力大、单一网格结构难以实现轻盈美观,研发新型大跨体系成 为建筑结构技术发展的迫切需要。课题组在较早开展张拉整体体系研究的基础上, 从 1998 年开始对张弦结构大跨度建筑结构体系进行系统研究,形成了张弦结构分 析设计理论和施工成套技术,解决了张弦结构基础理论匮乏、分析方法欠缺和在 工程应用中受到结构选型、节点构造、施工方法和监测技术等多方面问题制约的 技术难题,为张弦结构的推广应用和健康发展提供了重要的科学依据和关键技术 支撑。 技术原理与工艺流程简介： 1、系统研究基于张拉整体思想的张弦结构体系，提出了发明专利-弦支筒壳 和弦支混凝土楼盖等新型张弦结构形式，建立了平面、空间等张弦结构分类体系， 研发自制设备空气加热索膨胀系数测定仪和水域加热索膨胀系数测定仪，测定了 张弦结构核心构件-拉索的膨胀系数，为张弦结构分析设计理论的建立奠定了基 础。 2、确定了平面和平面组合型张弦结构的最优构成规律，揭示了平面和平面 组合型张弦结构静动力特性和抗风性能，研发出专利技术—自平衡加载反力架并 试验验证了所提出的插板式拉索节点的安全性和便捷性，解决了平面及平面组合 型张弦结构分析计算和拉索连接节点方面的技术难题。 3、提出两种弦支穹顶分类方法和预应力二阶段分析方法，创建连续折线索 单元分析技术，建立了弦支穹顶从找形、预应力设定到结构性能分析的设计方法， 基于模型和实物试验及理论分析揭示了弦支穹顶结构静动力性能和稳定特性，研 发了空间张弦结构的节点专利技术—预应力钢结构滚动式张拉索节点，形成弦支 穹顶分析设计理论体系，解决了弦支穹顶应用中分析设计和节点构造的技术难题。 4、研发出张弦结构施工工艺仿真系统，提出了预应力施加方法和摩擦损失 补偿方法，开发了张弦结构健康监测系统，解决了张弦结构施工过程中的全过程 控制、监测、安全和预应力损失等方面的技术难题。提出了“地面整体拼装、一 次张拉外斜索成形”的施工方法，突破了大跨度索穹顶结构张拉成形的技术瓶颈。 技术水平及专利与获奖情况：天津大学科技成果选编 172 该项科研成果发表学术论文 72 篇（其中 SCI 检索 9 篇、EI 检索 27 篇）， 获发明专利 7 项，实用新型专利 8 项，获国家科学技术进步二等奖 1 项，天津和 北京市科技进步一等奖3项，省部级科技进步二等奖4项，达到了国际领先水平。 应用前景分析及效益预测： 本项目关键创新成果代表了现代大跨度结构技术的水平,引领了世界空间结 构技术的发展,提升了中国大跨度技术在世界工程领域的地位，增强了国际竞争 力，可应用于体育场馆、会展中心、交通枢纽站房等国家重要基础设施工程中。 项目发表论文 72 篇(9 篇 SCI、27 篇 EI),获发明专利 7 项,成果编入 10 本 著作和 6 本规程,推动了土木工程学科发展, 培养了一批高素质的结构工程科技 人才，对现代大跨结构的技术进步以及推动中国空间结构从大国向强国迈进都具 有重要的意义。 应用领域： 该项目科研成果已应用于包括奥运会场馆在内的近百项大跨度结构工程中， 可广泛应用于大型体育场馆、会展文化中心、重大交通枢纽、大型厂房等基础设 施工程中，可推广应用程度高，取得了巨大的经济效益，工程节支总额超过二亿 元，对我国大跨结构技术的发展具有显著推动作用。 

土木建筑科学技术领域,提出了张弦（弦支）结构体系；建立了弦支穹顶结构成套分析设计理论；研发出滚动式和插板式拉索节点专利构造技术；形成了张弦结构体系智能化和可视化施工分析软件、健康监测系统、整体提升等成套施工技术。为张弦结构的推广应用和健康发展提供了重要的科学依据和关键的技术支撑，在国内外81项重大工程中得到应用，经济和社会效益显著。