磁悬浮转子微陀螺悬浮线圈的结构设计

在磁悬浮转子微陀螺(MGELR)中,悬浮线圈是定子线圈的重要组成部分,它产生的电磁力将微转子浮起．基于多圈螺旋型悬浮线圈新型结构能产生较大的悬浮力,应用有限元方法对其进行建模仿真,研究了线圈的圈数、厚度和内径对悬浮力的影响规律．结果表明：随着悬浮线圈的圈数增多,悬浮力增大且幅度增加;线圈厚度增加,悬浮力减小;随着悬浮线圈内径增加,悬浮力呈线性增加．采用了光刻、电镀、溅射等微细加工工艺制造了MGELR的定子．初步的实验结果验证了该设计方案是可行的．     

套筒约束灌浆料与钢筋黏结强度试验研究

为了对装配式混凝土结构中套筒灌浆连接接头钢筋与灌浆料的黏结性能进行研究,设计了30个灌浆套筒连接节点进行拉拔试验,研究了钢筋锚固长度、灌浆料抗压强度、灌浆料厚度和钢筋直径四个参数对黏结强度的影响.试验结果表明：随着锚固长度增加,钢筋与灌浆料之间的黏结强度降低;随着灌浆料抗压强度增加,钢筋与灌浆料之间的黏结强度增加;随着灌浆料厚度的增加,黏结强度降低,对于12 mm的钢筋,当灌浆料厚度在9 ~ 11 mm之间时,灌浆料厚度对黏结强度影响较小,当灌浆料厚度超过11 mm时,影响显著增加;黏结强度随着钢筋直径的增加而增大.根据试验量测的套筒应变和隔离体受力平衡模型,得到了黏结强度与约束应力、灌浆料抗压强度的关系式,可供工程实际中套筒灌浆连接节点锚固长度取值参考.     

电磁力作用下细长压杆的稳定性及其分岔

应用Lagrange描述法建立了两端铰支受电磁力和机械载荷共同作用的受压细长杆的非线性动力学模型,并通过对这种模型进行简化得到了线性动力学模型,利用谱截断法讨论了该细长压杆的稳定性和分岔条件.     

输电线路钢管杆在腐蚀影响下的安全性分析

针对腐蚀影响下输电线路钢管杆的性能劣化,采用有限元法对腐蚀作用下的钢管杆承载力变化进行深入研究.通过对钢管杆底部腐蚀和横担腐蚀情况进行分析,得到各构件在腐蚀作用下的力学行为和模态响应.采用材料质量损失率来量化腐蚀程度,并引入材料属性降低来模拟腐蚀效应.研究结果表明,随着腐蚀厚度和长度的增加,应力和应变集中在腐蚀部位,振动频率呈现下降趋势,这可能加大了与风荷载的共振风险.随着质量损失率的增加,最大等效应力和等效弹性应变值明显上升.研究结果为进一步了解腐蚀对输电线路钢管杆的影响提供科学依据、为保障结构运行安全提供理论指导.     

水泥砂浆应变率效应研究

为分析试件长径比和应变率对水泥砂浆动态力学性能的影响规律,采用准静态实验测量了砂浆的单轴压缩强度、弹性模量以及泊松比.利用分离式SHPB压杆进行1维应力压缩实验,对水泥砂浆试件进行了回收和比较,获得了不同长径比水泥砂浆试样在不同加载速率下的动态损伤破坏过程和应力应变曲线,研究了动态强度增强因子随应变率的变化规律.结果表明:动态压缩强度随应变率的增加而显著增大;试件直径相同时,厚度小的获得的动态强度增强因子要小于厚度大的;随着应变率提高,试件损伤增加,碎块尺寸越小,表明破坏能量随应变率的增加而提高.      

基坑应变软化的桩锚支护数值计算

通过理论分析,建立相应基坑应变软化模型,并对桩锚支护过程中的基坑稳定情况和桩锚结构响应进行数值模拟。研究结果表明:利用FLAC3D建立的应变软化模型,能够较好地反映土的特性;基坑安全系数随锚杆长度的增大而呈线性增大;若锚杆的长度较短,则基坑的稳定性受到锚杆倾角的影响较小;锚固力沿杆体方向逐渐减小,最大值出现在锚头位置;随着锚杆长度的增大,锚固力最大值往杆体内移动,并沿杆体呈先增大后减小的趋势;支护桩主要承受压力作用,随着锚杆长度的增大,支护桩所承受的压力逐渐减小;锚杆倾角增大导致支护桩轴向压力逐渐增大。     

基于Abaqus的防滑差速器壳体静力学分析

为获得某款防滑差速器壳体在实际工况中的具体力学特性,基于有限元分析法对某四驱汽车防滑差速器壳体进行设计分析。首先,在Abaqus软件中建立防滑差速器壳体的有限元分析模型。接着,利用Romax软件进行防滑差速器壳体在两种极限工况下的轴承受力分析,同时设立更为精确的边界条件和载荷,从而进行应力、应变和疲劳分析。分析结果表明该防滑差速器壳体在极限工况下位移量较大,需要进行优化设计。结合静力学分析结果,以壳体加强筋的长度和厚度为优化变量,对防滑差速器壳体进行优化设计,通过优化前后对比分析,发现优化后壳体在各种工况下的应力和应变均显著降低,符合设计要求。采用软件仿真进行轴承受力分析有效地避免了繁琐的理论计算,同时使得分析方法更加简单,分析结果更贴合实际。另外,有限元分析方法也大幅缩短了防滑差速器壳体的研发周期与设计成本。     

电磁铆接钉杆长度对连接的影响

在铆钉不同高径比情况下,采用试验方法从铆钉宏观变形和微观连接方面分析铆钉钉杆长度对连接的影响.结果表明:放电电压升高,铆钉钉头变形量增加.电磁铆接对夹层材料厚度不敏感,对于不同钉杆长度的铆钉,铆钉钉杆变形均匀.随着铆钉钉杆长度增加,钉杆均匀性略有下降.在铆钉成形钉头处,有明显的剪切带生成.在铆钉钉杆与铝合金板连接处,铆钉与铝合金板紧密连接.在铆钉钉杆与复合材料连接处,铆钉与复合材料形成良好连接,对复合材料的挤压程度小,未出现复合材料分层和开裂.     

水泥混凝土路面接缝传荷能力模型试验研究

为研究正常使用状态下水泥混凝土路面接缝传力杆的传荷性能影响因素及其衰减规律,进行了3组10块带接缝水泥混凝土路面板的室内疲劳试验。试件分别采用不同的传力杆直径、长度和混凝土板厚度,考虑了3种不同因素对传荷能力的影响,后续建立的ANSYS有限元模型也对试验结果进行了验证。通过分析不同工况下路面板接缝两侧的弯沉值及传荷系数表明:水泥混凝土路面板的传荷能力在最初加载的7万次过程中衰减明显,之后衰减缓慢;传力杆直径、长度及混凝土板厚度的增加,能够提高接缝的传荷效率,但十分有限。     

1 mm管式悬臂梁结构微型超声马达研究

利用外径1.0 mm,内径0.6 mm的压电PZT陶瓷管,研制了相同结构的三种不同长度悬臂梁的管式微超声马达.为改善定子与转子之间的摩擦性能,在定子的自由端粘结金属帽形成复合定子.马达定子外壁均匀分为4个电极,内壁接地;为消除引线对定子振动的影响,电极通过固定座直接连接到驱动电路.通过不同质量的负载,调节定子和转子之间的预紧力.考虑定子管长和金属帽的影响,采用有限元方法分析定子共振频率和有效机电耦合系数随陶瓷管长度和金属帽质量的变化.结果表明,随着管长或金属帽质量的增加,定子共振频率和有效机电耦合系数下降.根据理论计算和实验测量,表明所研制的微型超声马达第一阶弯曲共振频率的理论分析值与实验测量值吻合.实验测量还表明,马达在定子共振频率附近具有最大转速;并且在相同预紧力下,马达转速随电压近似线性增加,当电压加至120V时,转速可达每秒85转,加大预紧力,马达输出力矩提高,当预紧力加至70 mN时,输出力矩可达4.7μNm.     

电磁悬浮技术中导体元受电磁力的计算

为解决电磁悬浮技术中导体受电磁力的估算 ,用解析函数拟合级数代替对无穷级数求和 ,得到圆电流磁场的解析解 .分析了圆电流非近轴区导体元所受的电磁力 ,讨论了在圆电流和螺线磁场中导体受趋肤效应的影响 .为电磁悬浮设计线圈提供一种简明的计算方法 .     

基于二维模型的连杆齿形配合面微动数值分析

以某柴油机锯齿定位型连杆大端为研究对象,应用有限元技术对连杆大端齿形配合面的微动作用进行数值计算和研究.对连杆体作必要简化并建立二维有限元模型,以连杆预紧工况、最大受拉工况、最大受压工况为基础,对齿形配合面的微动滑移量、法向和切向应力进行了计算,分析了微动磨损摩擦功参数W与扩展裂纹位置的预测参数G;定量解释连杆大端齿形配合面的微动损伤问题.研究结果表明,适当减小接触面摩擦系数并在合理范围内降低螺栓预紧力,均会对减少锯齿处微动磨损行为产生积极影响.     

电磁成形线圈电感计算

采用解析法和有限元方法对电磁成形线圈电感进行计算并测量.研究结果表明,解析法和2D有限元法计算线圈电感与实测值误差较大,且只能计算少量的轴对称线圈的电感,具有较大的局限性.而基于增强型能量增量法原理的3D有限元法求解电感精度较高,可以较好地计算实际结构线圈的电感,对于异形线圈电感也可以方便建模求解,为线圈的设计奠定了基础.     

基于磁势矢模型的电磁直线驱动装置解析建模

针对目前有限元法求解电磁直线驱动装置稳态电磁特性时运算周期长、计算效率较低的问题,提出研究此类驱动装置的解析建模方法。以直驱式自动变速器用动圈式电磁直线驱动装置为例,建立了驱动装置磁场泊松方程,引入磁势矢模型推导了磁场分布方程,并结合边界条件得到了径向气隙磁通密度及电磁力表达式,以此获悉驱动装置稳态电磁特性。结果表明,解析模型与有限元模型的求解误差最小为0.6%,最大为6.6%,与试验误差不超过2.5%,有限元及试验均验证了模型的正确性与精确性。所提方法在确保求解精度的前提下求解过程简单且通用性好,为实现电磁直线驱动装置的模块化设计和无位移传感器控制提供了理论参考,对丰富和发展全电集成动力系统控制方法有一定的理论意义和工程应用价值。     

Investigation on Static Characteristics of an Axial-Flux Permanent Magnet Machine with Coreless Stator

The static characteristics of an axial-flux permanent- magnet （AFPM） machine with coreless stator were investigated. Two-dimensional analytical method for prediction of the no-load magnetic field in the AFPM machine with eordess stator was derived. Electromotive force （EMF） and axial attraction force were deduced from the analytical method. These values obtained from analytical method were compared with those from finite dement method （FEM） and agree well. Finally, a prototype was built for experimental validation and back EMF was measured. The results confirmed the validity of the proposed analytical method.     

消防多功能抢险车油缸连杆机构的优化

针对某消防多功能抢险车油缸连杆变幅机构变形失效问题,采用Creo、Adams与Ansys软件建立油缸连杆机构和履带车力学模型,仿真分析履带车运动过程中连杆各铰点受力情况。结果表明:连杆变形失效的主要原因是其多处位置强度超过材料许用应力。以最大力为边界条件,利用有限元方法对抢险车油缸连杆进行强度分析,并以油缸连杆铰点最大受力值为优化目标,采用灵敏度分析、优化设计的方法对油缸连杆各铰点进行优化。仿真结果表明:优化后连杆各铰点受力峰值降低50%,最大应力值为20814 MPa,比优化前降低513%,小于材料的许用应力,产品未发生变形失效,优化方案有效。     

基于磁热耦合特性的水轮发电机定子温度预测

为避免水轮发电机运行过程由于定子温度过高产生故障,保障其性能的正常发挥,建立了水轮发电机温度场分布模型,提出了一种温度预测方法。首先,以张河湾抽水蓄能电站的水轮发电机为基础,依据电磁场理论,对发电机在工况下电磁场和定子部分损耗进行分析,建立其三维有限元模型;其次,运用磁热耦合特性计算获得发电机定子温度场分布;再次,采用人工鱼群算法(AFSA)和BP神经网络算法相结合,构造定子绕组和定子顶部的温度预测模型;最后,将仿真结果和监控改造后的实测数据进行对比验证。结果表明,通过人工鱼群算法对BP神经网络优化,提高了定子温度预测模型的精度。本文给出了有限元仿真模型和AFSA-BP温度预测模型,为大功率水轮发电机定子温度故障分析以及电机的设计优化提供了参考。     

高强度连杆螺栓的疲劳寿命分析

针对SOFIM发动机连杆螺栓出现的早期疲劳断裂现象,建立了连杆螺栓的有限元模型,利用有限元方法进行了该连杆螺栓的疲劳寿命分析,并与疲劳试验进行了对比。结果表明,该连杆螺栓杆部与头部的过渡圆弧处容易产生应力集中,造成其疲劳断裂。为此,提出了局部滚压的改进方法,经有限元分析,该改进措施可有效提高连杆螺栓的疲劳寿命。     

增强型三线圈电磁斥力机构的运动特性分析

为进一步优化高压直流断路器的刚分速度和始动时间,改善电磁斥力机构的运动特性,本文提出增加电磁吸力作为驱动力的增强型三线圈电磁斥力机构,采用运动学、瞬态电磁场以及电路理论进行数学模型耦合分析,运用有限元分析软件建立二维模型,求解其运动特性,最后通过仿真试验进行验证。首先,本文分析了不同参数对其运动特性的影响,其次,分析了合闸线圈介入时刻对其运动特性的影响,最后,对比分析了增强型三线圈模型与双线圈模型的运动特性差异。结果表明：增加电容容值和电容电压可以缩短行程时间,提高刚分速度,且三个线圈中改变运动线圈驱动电路参数的优化效果最佳;适当增加线圈匝数和截面宽度可以增大电磁驱动力,缩短始动时间;从0时刻介入可以最大限度提高机构的运动速度;同参数条件下,三线圈模型可在2ms内完成25mm行程,对应的双线圈模型在2ms内只能完成16mm行程。