微机CAD系列支撑软件及丛书(15)——弹簧优化设计及CAD

本软件适合于机械各行业中的弹簧设计.对圆柱形螺旋弹簧承受拉、压、扭载荷及组合弹簧均能适用.设计资料来自《机械工程手册》弹簧篇.本软件具有如下功能:1.受拉、压、扭载荷的圆柱形螺旋弹簧的最轻重量设计;2.受压圆柱形螺旋弹簧的最小压并体积,自由状态下受拉、扭圆柱形螺旋弹簧的最小体积设计;3.受压圆柱形螺旋弹簧最小压并高度设计,受拉、扭圆柱形螺旋弹簧的最小自由长度设计;4.组合型圆柱形螺旋弹簧的最轻重量设计;5.绘制工作图,包括弹簧特性曲线绘制.本软件获国家教委科技进步二等奖.     

基于双响应面法的螺旋弹簧设计

为了减小制造误差对螺旋弹簧稳健性能的影响,采用双响应面法对其进行了稳健设计研究。以最小特性优化策略为目标,同时建立弹簧质量均值和方差的双响应面设计模型。经过正交试验得出,对弹簧质量均值影响因素的排序是钢丝直径、弹簧中径、弹簧圈数,对弹簧质量方差影响因素的排序是弹簧中径、钢丝直径、弹簧圈数;各因素与其对应响应面均成线性关系;在制造过程中要保证主要影响因素(钢丝直径、弹簧中径)的精度,可以适当放宽次要影响因素(弹簧圈数)的精度。当存在不确定因素的影响,这种方法既保证了目标趋于最优,又保证了较小的偏差,提高了螺旋弹簧的稳健性能。     

汽车悬架非线性螺旋弹簧的设计与仿真分析

通过拟合空气弹簧的特性曲线,并利用螺旋弹簧刚度计算公式得到螺旋弹簧中径和高度的关系,在ANSYS对非线性螺旋弹簧模型进行载荷分析,并对结果数据进行拟合,得到所设计弹簧的特性曲线方程.对建立四分之一悬架系统模型的动力学方程,利用摄动法将非线性弹簧特性曲线方程线性化处理且带入动力学方程中,在MATLAB/Simulink中进行仿真分析,以及与四分之一定刚度悬架系统对比分析.仿真结果表明:利用空气弹簧非线性特性所设计的非线性弹簧可有效提高车辆的舒适性和平顺性,相对于定刚度悬架其各参数指标均有很大程度的改善和提升.     

基于蚁群算法的无人机任务规划优化模型研究

【目的】为了研究无人机在灾情巡查中的航径优化问题。【方法】设计了一个蚁群算法求解该问题,并通过仿真实例进行验证。【结果】无人机的航径优化问题是一种具有多约束条件的复杂任务规划问题,将时效性和均衡性为核心的评价体系考虑到问题中,构建一个双目标优化模型,实现了无人机的外部合理分配和内部航径优化。【结论】仿真结果表明提出的模型与算法在解决无人机巡查灾情飞行航径方面具有一定的应用价值。
     

基于粒子群的改进智能算法在载荷识别中的应用

针对粒子群优化算法(PSO)无法处理反求问题中的病态问题,基于粒子群优化算法,通过遗传算法对粒子群优化算法进行改进,提出一种改进的粒子群优化算法(GAPSO),通过载荷识别对该方法进行验证,并应用于静态载荷识别和动态载荷识别算例中。研究结果表明:改进后的粒子群优化算法既能使粒子群优化算法处理病态问题,又提高了反求问题的求解精度。     

基于蚁群算法的无人机任务规划优化模型研究

【目的】为了研究无人机在灾情巡查中的航径优化问题。【方法】设计了一个蚁群算法求解该问题,并通过仿真实例进行验证。【结果】无人机的航径优化问题是一种具有多约束条件的复杂任务规划问题,将时效性和均衡性为核心的评价体系考虑到问题中,构建一个双目标优化模型,实现了无人机的外部合理分配和内部航径优化。【结论】仿真结果表明提出的模型与算法在解决无人机巡查灾情飞行航径方面具有一定的应用价值。     

基于Givens旋转多用户多径DS-CDMA信号伪码盲估计

针对多径多用户低信噪比下的伪码估计,提出一种基于Givens旋转多用户多径DS-CDMA信号伪码盲估计的算法.该算法在同步接收扩频信号的基础上,利用特征值分解法获得用户特征向量子空间,通过2维Givens矩阵对子空间特征向量组成的2维载荷矩阵进行旋转,当定义的载荷矩阵总方差达到极小值时停止旋转,得到伪码序列的最佳估计.该算法克服了传统特征分解法估计多用户伪码序列时的缺陷,解决了多用户多径低信噪比情况下伪码序列的盲估计问题.仿真结果表明该算法是有效的,且具有抗多径干扰的能力.     

基于ANSYS的悬架弹簧疲劳寿命仿真及优化

针对汽车悬架弹簧疲劳破坏的问题,以国内某品牌轿车悬架螺旋弹簧为研究对象,使用三维建模软件建立三维模型。以搓板路,鱼鳞坑路,扭曲路三种混合路面的激励信号为载荷,使用ANSYS软件进行疲劳分析,得到该弹簧在该复合路面激励下最小的周期寿命为1.9975e5次,计算得到汽车能够保证弹簧最危险部位不产生裂纹或者断裂的安全行驶距离约为9.98万公里。对该螺旋弹簧进行结构尺寸上的优化,再分析后最小周期寿命为2.02e5次,最大里程数为10.1万公里,相比优化前疲劳寿命得到了提高。     

大直径薄壁钢管屈曲分析

研究采用的薄壁钢管最大直径为4 m,最薄厚度为16 mm,径厚比达到250。该研究在计算中首次采用德国GL相关规范,在不同工况下承受拉、压、弯、剪、扭等载荷的联合作用下,进行大管径薄壁钢管屈曲稳定性分析。该理论为大直径薄壁圆管的截面确定提供了准确快捷的计算方法,该设计方法适用于大管径薄壳结构设计。     

基于能量原理的等效静态载荷法及其在活塞动态优化中的应用

针对位移等效静态载荷法在求解结构动态优化时遇到的等效关键时间点不合理、等效结果误差大等问题,提出一种基于能量原理的等效静态载荷法.该方法通过将结构动态响应解空间进行谱元离散,识别出结构的关键时间点,并在该时间点构建了基于能量等效的动态载荷静态转化数学模型.应用优化算法搜索得到了等效静态载荷集的最优解,从而将结构动态优化问题转化为静态优化问题求解.最后,通过在某柴油机活塞油腔结构的动态优化设计中的有效应用,验证了能量等效静态载荷法的有效性和工程实用性,拓展了等效静态载荷法的理论范畴,同时为复杂结构动态响应优化设计提供了一种新的思路.     

直流接触器电磁机构的参数优化及仿真

直流接触器;电磁机构;参数优化;动态特性;有限元仿真     

稠油井抽油杆柱粘滞摩擦载荷计算分析

随着有杆抽油机在稠油井的应用越来越广泛,抽油杆的粘滞摩擦载荷问题日益显著。目前通常采用等效阻尼系数来计算杆柱的粘滞摩擦载荷,但无法准确反映粘滞摩擦载荷的变化情况,造成抽油机设计不够合理,效率不高等问题。文章以油管内稠油作为研究对象,建立了管内液体的动力学方程,求解出管内液体的速度分布。并以此为基础,结合牛顿内摩擦定律,形成了稠油井抽油杆柱粘滞摩擦载荷的计算方法。以胜利油田某稠油井为例,开展了抽油杆柱粘滞摩擦载荷计算分析,求解出了该井在一个运动周期内抽油杆粘滞摩擦载荷的变化情况。通过敏感性分析得出：在上冲程,增大抽油杆直径和油管直径或减少柱塞直径均会使杆柱的粘滞摩擦载荷变大;在下冲程,增大油管直径或减少抽油杆直径均会使杆柱的粘滞摩擦载荷变小,但柱塞直径的变化对杆柱的粘滞摩擦载荷没影响。研究结果对稠油井抽油机的设计以及抽油杆的选择提供了一定的理论依据。     

线圈布置方式对旋弧负荷开关开断能力的影响

为了提高旋弧灭弧室开断电流的能力,采用Comsol对负荷开关灭弧室的核心部件旋弧线圈的磁场进行仿真分析;以掌握磁场的分布特性及线圈参数对磁场分布的影响规律。在此基础上选取理论上优化、设计上可行的线圈布局;并建立二维模型在实际开断条件下对磁场进行仿真;最后对样机进行试验对比,得出开断容量与设计参数之间的关联。研究结果表明:压缩线圈高度;并且适当调整线圈布置方向可以有效增加线圈产生的磁通量强度,从而可以提高灭弧室开断电流水平,对旋弧灭弧室的设计具有一定的指导意义。     

双前桥重型汽车转向液压助力缸的设计

在对国外某型号的双前桥重型汽车转向系统分析研究的基础上,对转向液压助力缸的工作特点、结构参数和动力缸计算进行了讨论,提出了转向系统液压助力缸的设计方案,并建立了双前桥重型汽车动力缸的数学模型;通过此方案可以准确快速确定主副动力缸的主要结构参数,其结果得到实车验证,能达到良好的转向效果,可推广应用于其他型号的双前桥转向系动力缸的设计。     

应用液力反馈泵的稠油井加重杆杆径设计

基于液力反馈泵在稠油油藏开采过程中的普遍应用,其受力计算有别于常规柱塞泵,因此对于加重杆的设计提出新的要求。另外,稠油特别是超稠油在开采过程中,井筒液体黏度大,导致杆柱下行困难,容易出现杆阻的现象。目前采用Φ38mm加重杆,并没有有效缓解这一问题,反而导致抽油机悬点载荷过大。以泵端阻力分析为基础,从加重杆尺寸的约束条件及加重杆加重效果最优两个基本点出发,提出了稠油加重杆杆径设计的一种新方法。在节约材料投资、降低能耗、减少杆柱故障方面,有望取得良好的经济效益,有试验推广的价值。     

旁路开关轴向斜圈弹簧插入力仿真与实验

为保障航天卫星锂电池组配套的1KP100 1功率型旁路开关安全可靠地运行,通过工业建模软件UG构建轴向斜圈弹簧的仿真模型,基于Ansys Workbench对轴向斜圈弹簧的插入力以及不同斜槽宽度时弹簧的插入力进行有限元分析。仿真和实验结果表明:弹簧的插入力随着位移载荷的增加而增加,最终趋于平稳;相同的位移载荷下,弹簧的斜槽越大,弹簧插入力越小;相对而言,14 mm斜槽宽度的斜圈弹簧较适用于1KP100 1功率型旁路开关。［关键词］     

汽车拉式膜片弹簧片的优化设计

通过对离合器膜片弹簧的变形特性和多种约束条件的分析 ,在参考成熟的离合器结构参数的基础上 ,提出了一种离合器膜片弹簧的优化设计模型 ,该模型可以使离合器的后备系数稳定 ,保证离合器可靠地工作 ,并用此方法进行了实例设计 ,结果表明 :优化设计后的膜片弹簧 ,后备系数的稳定性、最大当量应力以及分离力的大小均明显高于原设计。     

50CrVA钢柴油机气门弹簧的优化设计

建立单目标函数，对柴油机中多约束、多变量、承受振动载荷的气门弹簧进行了优化设计．克服了传统的基本公式试凑法设计的不足．利用计算机解多约束、多变量的不等式方便快捷，可得到最优的设计参数。