基于有限元技术的工业机器人本体刚度优化设计

采用有限元分析技术,对工业机器人整机进行有限元建模;基于有限元模型对整机和各零部件进行刚度贡献度分析,将分析结果和现有评价标准进行对比,识别待优化零部件;对待优化零部件采用结构拓扑优化技术进行优化,最终得出刚度合理的零部件及整机设计方案。通过对比优化前后的整机刚度综合系数和质量参数,可知本文所述方法能够在机器人设计阶段有效优化工业机器人的整机刚度和整体质量,使得机器人刚度设计更为合理。     

叉车门架结构的有限元分析

利用三维建模软件Pro／E对某叉车门架进行实体建模,并将其导入ANSYSWorkbench进行有限元分析;计算出了门架的强度和刚度,并与实测数据进行了对比,验证了模型的准确性,为叉车门架结构的优化设计提供了参考．     

并联机床的平行机构对其静刚度的影响分析

为了研究机床静刚度对并联机床性能的影响,以东北大学研制的3-TPT并联机床为研究对象,通过对机床静刚度模型的理论分析,得出了机床静刚度的表达式.利用大型有限元分析软件ANSYS,在机床不同的受力条件下对机床主架静刚度和机床整机的静刚度进行仿真分析,指出了机床刚度的薄弱环节以及平行机构对机床整机的影响.分析结果表明:机床的z向刚度远大于水平方向的刚度;机床整机的刚度远大于机架的刚度,平行机构能使机床的刚度成倍增加,随着平行机构所在位置高度的增加,其z向刚度增大.     

重型混联机床XNZH2430的静刚度优化

为了提高机床的承力刚度,用有限元方法来研究了重型混联机床XNZH 2430的静刚度,在UG NX 2.0和AN-SY S 8.0的环境中分别建立了该机床的三维实体模型和有限元模型。计算了该机床在不同位形时承受一定载荷引起的变形位移。计算结果表明,该构型混联机床的x方向刚度较差,是薄弱环节;y方向和z方向刚度较好。为有效提高机床的x方向刚度,对机床某些部件的结构进行了改进。研究结果为该机床的设计和优化提供了依据。     

近场动力学与有限元混合模型研究

兼顾近场动力学(peridynamics,PD)模拟不连续问题的优势和有限单元法(finite element method,FEM)较高的计算效率,采用近场动力学与有限元混合建模方法,建立了新的混合模型.该模型在裂纹出现区域,采用近场动力学建模,其他区域采用八结点等参元建模.通过杆单元连接PD物质点与等参单元结点,将PD物质点对间相互作用视为杆单元,最后对单元刚度集成,实现了在有限元框架体系中两种方法的混合建模.该混合模型无需引入人工阻尼,提高了计算效率.此外,相较于四结点混合模型,采用高阶(八结点)等参元与近场动力学方法建立的混合模型具有更高的计算精度.通过数值算例验证了该方法的有效性,为断裂破坏问题的解决提供了一种新思路.     

基于刚度矩阵的空间变截面梁简化问题

为研究机床的静刚度特性,需要得到其各部件的单元刚度矩阵.机床部件的结构往往是不规则的,因此需要将其等效简化为等截面梁单元,才能得到其单元刚度矩阵.该文对任意变截面梁等效简化为等截面梁单元的问题进行了研究,从建立梁单元的单元刚度矩阵的需要出发,推导出了完整的简化方法.为了验证该简化方法的有效性,利用有限元分析软件ABAQUS 6.51对一个力学模型进行了分析,同时用上述的简化方法对该力学模型进行了计算.将两者的计算结果进行对比,相对偏差小于5%,因此可证明该简化方法在变截面梁等效简化为等截面梁单元时的有效性.     

轮边综合驱动和转向电动车车架设计与分析

为满足轮边综合驱动和转向电动车各总成布置和实际行驶的需要,提出了该车架的总体设计要求。依据车架结构受力特点及其材料的性能要求,考虑多种工况下车架所受的冲击载荷。用MSC Patran建立有限元模型,对新设计车架进行了强度、刚度校核及模态振型分析。通过分析数据和同类型车的对比表明新车架设计合理,达到了设计预定目的。     

消能摇摆钢桁架框架结构抗震性能

为研究消能摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能,使用OpenSees有限元软件对框架结构、支撑-框架结构、摇摆钢桁架-框架结构、消能摇摆钢桁架-框架结构进行模态分析、静力弹塑性分析和动力弹塑性分析,讨论了4种结构的刚度特征、动力响应及损伤分布.此外,建立4种具有不同柱脚形式和阻尼器类型的对比结构,用以研究柱脚形式和阻尼器类型对于结构抗震性能的影响.研究表明,消能摇摆钢桁架-框架结构具有良好的抗震性能;位移型阻尼器能够提高结构刚度和承载力、减震性能更优越,速度型阻尼器可以降低地震作用;底层框架柱脚采用铰接,可以降低地震作用,并减小底层框架柱的塑性损伤.     

经编机摆动臂有限元分析及优化设计

以有限元分析与优化设计理论为基础,结合UG NASTRAN有限元分析软件,建立了经编机槽针床摆动臂结构的有限元分析模型,对其结构进行了静力学应力分析,利用应力分析结果作为优化设计的强度和刚度约束条件,建立了经编机槽针床摆动臂的数学模型,并对其进行优化。结果表明,在保证零件强度和刚度的前提下,通过改变主要设计尺寸参数,使结构的质量减轻了7.6%,从而有效提高了机构的运行速度。     

基于有效刚度的空间框架结构几何非线性分析

利用考虑轴力影响的单元弯矩-转角关系,通过修改常规三维杆系弹性有限元的局部刚度矩阵,提出了空间钢筋混凝土框架结构基于有效刚度的几何非线性有限元分析方法,并提出了确定柱初始轴力的简化方法.将该方法计算结果与我国规范GB 50010—2010和美国规范ACI 318-11计算结果进行了比较,结果表明,采用该方法计算一般只需两次迭代即可得到满足工程精度要求的结果;如果采用简化方法近似确定的柱轴力,则不再进行迭代也能得到很高精度的结果.对于规则的框架结构,该方法计算结果与我国规范和美国规范的计算结果接近;对于不规则框架结构,该方法计算结果比我国规范和美国规范的计算结果大.     

直线滚动导轨动力学精细有限元建模

提出一种可以减少或避免繁琐实验的、通用的导轨精细有限元建模方法.从分析单个滚珠-沟槽的接触特性出发,确定了在不同预紧力作用下单个滚珠的接触刚度;用弹簧质量单元模拟单个滚珠-沟槽的接触,在充分考虑滚珠分布的基础上完成了导轨系统的精细有限元建模.详细描述了创建该有限元模型的具体流程以及关键步骤,并以THK公司生产的SHS-35R型导轨为例进行了实例研究.获得了该导轨系统的固有特性,并与解析模型分析结果相比较,二者计算分析结果基本相符,从而证明所建模型的正确性.     

并联机构转动副滚动轴承静刚度参数辨识

以新型五自由度完全并联机构的一组滚动轴承支撑单元为研究对象,利用多体系统传递矩阵法、有限元法及实验法深入研究其静刚度预估问题,提出一种滚动轴承的静刚度参数辨识流程/方法.首先,将滚动轴承支撑单元等效为多柔体系统,借助传递矩阵法建立其静刚度参数与结构模态参数间的映射关系;其次,借助实验模态分析法确定滚动轴承支撑单元的固有特性,通过比对系统固有频率和振型,确定滚动轴承支撑单元的静刚度参数;最后,将辨识出的静刚度参数代入滚动轴承支撑单元有限元分析模型,将仿真结果与实验结果相比较,以验证静刚度辨识方法的有效性.研究表明,这种滚动轴承静刚度参数辨识方法精度较高,为含转动副并/混联构型装备的静刚度优化设计提供了理论依据.     

基于ABAQUS的RC框架节点的有限元分析

文章应用有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型对钢筋混凝土框架节点的性能进行了非线性有限元分析,其中混凝土与钢筋分别采用实体单元与桁架单元进行分离式建模,并使用Embed技术进行自由度的耦合。将试验结果与有限元分析进行对比,结果表明梁柱节点自由端在竖向单调加载作用下的荷载位移曲线与试验结果比较吻合,计算的变形模式同试件破坏形态一致。文中采用参数分析,探讨了混凝土膨胀角、黏性系数及损伤因子对计算结果的影响,为实际工程中的节点设计提供试验与理论依据。     

机群环境下有限元的并行直接解法

在机群系统下进行有限元并行算法的研究是工程领域的前沿课题之一。本文详细分析了有限元的并行直接解法,解决了如何在机群环境下并行计算单元刚度矩阵和总刚度矩阵,并且按行或按列穿插存放在各个处理机局部存贮器中,并给出了相应算法。     

牵引火炮非线性有限元隐式动力学分析

研究牵引火炮全发射过程非线性结构动力学有限元建模和分析中的关键问题。建立了某牵引火炮含身管与摇架导轨之间大位移滑动接触的非线性结构动力学有限元模型,运用隐式时间积分动力学方法模拟了该炮发射的后坐一复进过程,获得了炮架关键部位应力、应变和位移的瞬态响应,计算结果与实验测试结果基本一致。研究表明：该文的建模原理和数值模拟策略突破了火炮全发射过程总体结构动态应力分析的瓶颈。利用该文方法可以进一步研究火炮发射时的动态刚强度、冲击振动、结构动态稳定性等问题。     

双层弹性支承梁的有限元分析

用有限单元法分析了双层弹性支承梁的静力响应.双层弹性支承梁结构由二种平行的梁(上层梁和下层梁)、上层梁和下层梁之间的离散弹簧和下层梁下部的Winkler基础组成.上层长梁、下层短梁、离散弹簧、Winkler基础和作用在上层梁上的荷载视为一个系统,并将该系统进行有限单元离散,梁单元的弯曲形函数采用Hermitian 3次方插值函数,利用变分原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立该系统有限单元形式的平衡方程.阐明了单元刚度矩阵以及在上层梁单元作用竖向集中荷载或分布荷载下单元节点荷载列阵的形成.举例说明了该方法的应用,为类似结构的力学分析提供了一种数值方法.图5,参13.     

基于OPENSEEs的螺栓连接预制装配剪力墙简化建模方法

为解决当前螺栓连接装配剪力墙仿真分析依赖实体单元建模造成的求解效率低下问题,基于分层壳单元和OPENSEEs中的CoupledZeroLength零长单元提出螺栓连接预制装配剪力墙结构的简化建模方案;建立拟静力抗震性能分析数值模型,并通过试验滞回曲线和骨架曲线验证建模方法的有效性.结果表明,该建模方案得到6片剪力墙的屈服荷载和峰值荷载与试验结果误差均在10%以内,滞回曲线的捏拢效应、刚度退化、强度退化特性均和试验吻合良好,剪力墙底部的外侧竖向钢筋应变及连接钢框的水平和竖向滑移的仿真与试验对比,证实CoupledZeroLength零长单元可有效模拟螺栓滑移.简化建模方案适用于不同剪跨比下的全装配和半装配预制装配剪力墙的弹塑性分析,为进一步研究螺栓连接装配剪力墙在高层结构的弹塑性分析提供参考.     

复杂空间分支轴系横向振动特性分析

利用有限元法分析复杂空间分支轴系的横向振动。针对某型发动机的结构特点、连接关系,将其简化为一种复杂的空间分支轴系,建立有限元模型。在此基础上进行模态分析,并进一步计算轴承刚度、轴承阻尼对整个系统横向振动特性的影响,分析参数变化对轴承传递率的影响。为某型发动机减振设计提供了理论基础。     

基于多尺度模型的装配整体式混凝土框架结构抗震性能分析

装配工艺的要求和连接接缝的引用使装配式混凝土结构的数值模拟分析面临新的挑战，计算效率与模拟精度之间的矛盾变得更加突出。基于通用有限元软件ABAQUS，采用多尺度建模，模拟分析了装配整体式混凝土框架结构的抗震性能。首先，基于装配整体式混凝土梁柱子结构的试验数据，验证了多尺度单元界面连接方法的正确性。然后，对装配整体式混凝土框架结构的多尺度模型进行了静力推覆分析和动力弹塑性时程分析，并与现浇混凝土框架结构的地震响应和损伤情况进行比较。结果表明，多尺度建模能有效提高计算精度并降低计算成本，很好地模拟装配整体式混凝土框架结构的破坏特征和整体结构的抗震性能；与现浇结构相比，装配整体式框架结构在单向静力推覆作用下抗侧刚度更小、延性更好，在7度罕遇地震作用下抗震性能相近，顶层最大位移增大了3.8%；多尺度建模方法可用于装配式混凝土结构分析。     

排架柱抗弯刚度折减系数探讨

采用构件折减刚度考虑二阶效应的弹性有限元法是新纳入中国《混凝土结构设计规范》较先进的结构分析设计方法,该方法的准确程度主要依赖构件折减刚度取值的合理性.鉴于该规范尚缺乏确定排架柱相应折减刚度的分析研究成果,以单跨工业厂房变阶排架柱为研究对象,通过对一系列典型排架结构算例进行最不利荷载条件下的非弹性有限元全过程模拟,并采用折减刚度的弹性二阶分析所得柱顶侧向位移与非弹性有限元模拟的柱顶位移等效为条件,选定了适用于排架柱的刚度折减系数后,再以所选刚度折减系数完成的弹性二阶分析所求得的各控制截面内力与非弹性有限元模拟结果的相符性证实了初选排架柱刚度折减系数的合理性.