重型矿用自卸车车架的模态分析和结构优化

针对国内某重型矿用自卸车车架动静态特性不良的问题,文章建立了车架的有限元模型,并进行了模态分析及测试。结果表明,实验模态和数值计算结果较吻合,且均显示车架的固有频率与电机激励频率重叠。为了改善车架的动静态特性,以静应变能和模态应变能的加权和最小作为优化目标,质量及电机激励频率作为约束条件,通过对各组件板厚特征对加权能和质量的灵敏度分析确定设计变量,对在凸凹路面减速转弯的整车满载车架进行尺寸优化和形貌优化。优化结果表明,车架在质量没有增加的前提下,加权能从8 500J减小到5 600J,车架不再与电机发生共振,且第1阶弹性固有频率由4.93 Hz提高到了6.50 Hz,最大应力从385.9 MPa减小到211.2 MPa,表明车架的动静态特性得到了改善。     

客车车架的结构优化设计

文章以有限元结构分析和优化算法相结合为手段,以某型大客车车架为例,根据对车架的静态强度、刚度和模态特性的分析结果,对车架局部进行了改进设计和中段纵梁的截面尺寸的设计优化,建立了中段纵梁的力学模型、优化参数模型及有限元模型,采用ANSYS参数化设计语言编制了优化设计程序,用ANSYS软件中的零阶优化方法获得最优设计;另外对车架主要结构进行了拓扑优化,优化结果使纵梁结构节省了部分材料.计算结果表明,该优化设计的方法可广泛应用于车架的优化设计工程.     

铰接式车架的动态特性分析

针对铰接式自卸汽车的开发,设计了相应的铰接式车架,使用有限元技术及Lanczos模态分析法得到了该种车架三维数字化模型的前6阶固有频率及相关振型.依据一定的汽车车架振动评价原则对该车架的动态特性进行了分析,认为该车架的动态特性符合要求.     

基于灵敏度分析的车门轻量化研究

利用Hyperworks建立某车型车门的有限元模型,对车门固有频率、下沉刚度进行求解,并通过模态试验验证了有限元模型的有效性。为了提高结构优化效率,采用灵敏度分析方法确定对车门质量、下沉刚度和一阶固有频率敏感的部件。然后,以质量和下沉刚度为设计目标,一阶固有频率为约束条件对车门相应部件厚度尺寸进行多目标优化设计。计算结果显示,优化后的车门质量下降明显,下沉刚度有所提高,且一阶固有频率基本保持不变,实现了结构的轻量化目标。     

强度、刚度与模态约束下的FSC赛车车架轻量化

研究了在满足频率、强度、刚度约束的前提下,通过尺寸优化实现中国大学生方程式大赛(FSC)赛车车架的轻量化设计.首先,根据FSC规则要求建立车架的有限元模型.其次,设置5种静态特性分析工况、5个重要部位的刚度分析工况与前六阶自由模态分析工况对车架结构进行性能分析,构建以质量响应最小为优化目标,以材料的许用应力、重要部位的许用刚度和发动机的激振频率为约束条件,以车架管厚为设计变量的尺寸优化模型.最后,通过序列线性规划对非线性优化模型进行近似求解,取得了良好的轻量化效果:FSC赛车车架降重5.34kg,减重15.7%.     

FSAE赛车车架灵敏度分析与轻量化设计

以FSAE赛车车架为研究对象,构建了基于扭转刚度及模态频率综合灵敏度分析的车架有限元模型.通过考虑管件壁厚对车架性能影响的相对灵敏程度,从而选择更具针对性的设计变量进行优化设计.以车架质量最小为目标函数,以扭转刚度和模态频率为约束条件,对车架管件壁厚进行优化计算.结果表明,在保证使用性能的前提下,优化后的车架质量比原设计减少了6.01%.     

基于灵敏度分析的自卸车车架优化设计

建立了某自卸车车架有限元模型,通过模态试验和模态有限元分析,得出了车架固有频率,并且验证了该模型的准确性和合理性。依据车架结构的灵敏度分析结果来选择设计变量,在保证车架低阶模态频率的前提下,以车架轻量化为目标优化车架构件厚度,实现了车架质量8.0%的降低幅度;在控制车架质量的条件下,以提高车架低阶模态频率为目标,实现了车架结构的低阶模态频率和动态性能的提高。为自卸车车架结构优化设计提供依据。     

大豆收获机车架的轻量化设计

以某大豆收获机的车架为对象,利用三维建模软件Solidworks进行了参数化建模,导入有限元前处理软件Hypermesh对车架进行有限元网格划分和模态仿真分析,对车架样件进行模态试验分析,验证了仿真模型和结果的正确性。对车架不同工况下进行了强度校核计算;以车架固有频率和动载荷系数为2.5时材料的最大许用应力为约束,以车架质量最小为目标,进行了轻量化优化设计,优化后底盘车架减质量16%。     

考虑弹性支承的旋转凸肩叶片动力学特性分析

利用解析方法对考虑弹性支承的凸肩叶片进行动力学建模,在解析模型中考虑叶片的旋转效应、安装角、扭转角以及凸肩位置处截面变化的影响.利用ANSYS软件建立了相对应的有限元模型,验证了所建立的解析模型的有效性.通过所建立的解析模型和有限元模型,分析了叶根处支承刚度和凸肩位置对叶片动力学特性的影响.研究结果表明:随着叶根处支承刚度的增加,叶片的固有频率升高,但支承刚度增加到一定程度后,支承刚度的增加不再引起固有频率的升高;随着凸肩位置至叶尖距离的增加,叶片的第1阶和第3阶固有频率有升高的趋势,而第2阶固有频率则会随之降低.此外,采用解析方法能够明显提高计算效率.     

高速磨床主轴模态测试与分析研究

在MSC.PatranNastran软件平台上建立了CNC8312A高速凸轮轴磨床主轴在支承约束状态下的有限元模型,对其结构进行了动态分析与优化并得到了主轴的最优结构模型,应用LMS振动及动态信号采集分析系统对优化前后的主轴进行了模态测试与分析.实验表明,测试得到的主轴动态特性和利用有限元软件仿真分析得到的主轴动态特性是一致的,优化后的主轴1阶固有频率明显提高,利用有限元软件进行高速磨床主轴结构优化是可行的.     

FSAE赛车车架刚度特性分析

车架刚度及发动机悬置安装点动刚度是影响FSAE赛车振动性能的重要因素,通过建立某FSAE赛车车架有限元模型,进行车架扭转刚度及悬置安装点动刚度分析,研究车架静态与动态刚度性能.结果表明:增大车架驾驶舱段截面可有效提高扭转刚度;悬置安装点各向动刚度值以纵向最大,横向最小.结合模态振型及加速度响应曲线能够较好地反映发动机舱的振动特性.     

斗轮堆取料机有限元建模方法及模态分析

斗轮堆取料机是一种结构复杂的大型散料运输设备,其有限元模型在建立过程中很容易出现与实际结构对不上的问题.基于三维建模软件SolidWorks和有限元分析软件Hypermesh,提出从局部到整体的逐层建模方法,建立有限元模型.为了验证模型的准确性,针对建立的斗轮堆取料机有限元模型进行模态分析,得到结构前6阶固有频率及振型.基于实验测得该型斗轮堆取料机的固有频率,将其与仿真结果对比,两者得到的固有频率基本一致,测试相对误差在5%以内,精度较好.实验验证及数值仿真表明:通过逐层建模方法建立的有限元模型能有效地揭示斗轮堆取料机的结构特性,为此类型斗轮堆取料机的结构设计和动力学分析提供参考.同时,逐层建模的方法更加快捷高效,为大型复杂结构建模仿真提供了参考和借鉴.     

轻型卡车车架模态试验及有限元模拟分析

文章针对某轻型载货车车架就测点布置、激励方式、试验频段和激振点的选择等方面,给出了模态试验的具体方法,通过模态数据的采集、处理和分析,得到了车架的频响函数稳态图、十阶自由模态的固有频率及振型,并对结果进行了分析;通过对模态试验分析与有限元动力特性分析结果的比较,发现两者具有高度的一致性,该轻型载货车车架结构设计合理,表明了有限元动力特性分析方法可以直接评价结构设计,预估在一定使用环境下车架结构可能出现的问题,是一种有效的分析方法.     

基于传递矩阵与有限元法对陶瓷电主轴转子动态特性的分析

目的求解170SD30-SY无内圈陶瓷电主轴转子的固有频率,分析转子动态特性.方法利用Prohl传递矩阵法、有限元法对陶瓷电主轴转子进行了固有频率的计算和仿真分析,并绘制位移与频率、刚度与频率曲线,对陶瓷电主轴转子动态特性进行分析.结果通过Prohl传递矩阵法求解的结果与有限元仿真结果对比,固有频率误差最大为12%,有限元分析得出转子前四阶振型,主轴前端振动范围及刚度与固有频率的变化趋势,从而便于研究预紧与振动之间的关系.结论通过计算与仿真验证,证实两种方法的可行性及有限元法便于求解分析,得出陶瓷电主轴的固有频率高于普通钢轴,增加刚度有利于固有频率的提高,为陶瓷电主轴转子的动态特性分析提供充分依据.     

某混动SUV排气系统向车身的振动传递研究

通过动态特性试验,分析了某插电式混合动力SUV排气系统模态以及被动侧吊钩的动刚度.建立该排气系统有限元模型,对其自由模态进行仿真计算并与试验模态对比,最大误差小于5%,模型可靠.为减小排气系统向车身的振动传递,提高整车NVH性能,引入平均驱动自由度位移法进行吊钩位置优化.对优化后的吊钩进行主动侧模态分析并与目标值350 Hz对标;对优化后的排气系统进行约束模态及频率响应分析,其固有频率、峰值频率均避开了发动机常用转速激励频率范围93～107 Hz,证明优化方案可行,可用于工程实践.     

基于模态分析的数控内齿强力珩齿机床身优化设计

数控内齿强力珩齿机是一种高效、高精度的齿轮加工机床,床身是整机的重要基础件,提高床身的动态特性对保障珩齿机的加工精度有重要意义。文章通过有限元软件建立了床身的有限元模型,并通过模态分析得到床身的前4阶模态频率和振型;对床身进行了模态试验,并通过整体多项式拟合法得到床身的前4阶试验模态参数,通过对比模态试验和仿真结果验证了有限元模型的正确性;在仿真分析和模态试验的基础上,提出了2种床身结构优化方案,并再次通过模态分析得到最佳的优化方案;最终,在保证床身质量变化较少的前提下将床身的一阶固有频率从178.33Hz增加到203.14Hz,为床身的结构优化设计提供了一定的理论依据。     

基于Workbench的水平定向钻机大梁模态分析与优化设计

大梁是水平定向钻机的主要承载部件,其强度和刚度对钻机能否正常工作影响很大.本文分析了钻机大梁的结构和受力情况,采用Workbench建立大梁有限元模型并进行模态分析,根据其前六阶振动频率和模态振型结果对大梁进行结构优化,优化设计后的大梁固有频率明显提高,基本消除了共振的风险,同时质量及成本明显降低.有限元分析结果为钻机大梁的设计提供了参考依据.     

基于网格变形与代理模型的横梁参数化建模与轻量化优化

建立了包含导轨结合面的横梁有限元模型,并通过模态实验验证了有限元模型的正确性,在多种极限工况下对原横梁进行了静动态特性分析与评价;针对现有优化方法的不足,采用了一种新的优化设计方法:通过网格变形技术实现结构尺寸的参数化建模,基于拉丁超立方采样、相对灵敏度分析和Kriging近似模型建立横梁结构优化的代理模型以代替现有的有限元仿真模型;以体积最小为优化目标,以刚度、强度和动态性能不变为约束条件,采用遗传算法进行优化设计.优化结果表明:在保持横梁最大变形、静刚度以及一阶模态频率基本不变的情况下,横梁总质量减少了58 kg(减少了5.9%).     

全陶瓷主轴-轴承单元的动力学研究

目的研究全陶瓷电主轴预紧力与固有频率的关系,为优化预紧力提供软件分析模型.方法应用赫兹理论计算出在全陶瓷角接触球轴承预紧后的接触应力,接触变形和静接触刚度的数值解,同时在改进传统的弹簧阻尼式主轴动力学软件仿真分析模型的基础上,计及轴承预紧后轴承的静接触刚度,以全陶瓷主轴-轴承单元为研究对象进行有限元结构分析,所得结果通过赫兹计算分析的数值解矫正,分析其动力学特性.结果全陶瓷主轴-轴承单元模型通过模态分析所得三阶固有频率和振型与模态实验分别相差19.59%、1.27%、16.06%;而电主轴传统分析模型所得三阶固有频率和振型与锤击实验分别相差24.39%、14.47%、33.78%.结论通过实验数据验证,全陶瓷主轴-轴承单元模型在分析全陶瓷电主轴动力学特性上更接近模态实验的结果,能够得到更为准确的固有频率和振型.     

基于灵敏度分析的车身结构优化设计

车身是轿车的关键总成,其结构决定了整车的力学特性,对白车身进行模态分析不仅能考察车身的刚度特性,而且可以对车身结构进行灵敏度及优化分析.文章建立了某轿车白车身有限元模型,考虑了白车身覆盖件板厚对一阶弯曲和扭转模态频率的影响及灵敏度分析,基于灵敏度分析结果抽取对模态频率影响较大的部件进行优化分析,以提高白车身一阶扭转频率为目标进行优化,以增强白车身强度.