铰接式自卸车平衡悬架系统橡胶弹簧刚度的非线性特性分析与优化

为了提高AD250铰接式自卸车的平顺性,对其平衡悬架夹层橡胶弹簧的刚度进行了分析和优化.建立了橡胶弹簧的参数化有限元接触模型,对弹簧轴向刚度的非线性特性进行了分析,分析结果与实验结果能很好地吻合.研究结果表明, 此橡胶弹簧刚度偏大且非线性特性不能满足悬架在不同载荷下具有等固有频率的要求,为此以固有频率2Hz为优化目标对橡胶弹簧的参数进行了优化,优化后的橡胶弹簧能使车辆保持稳定且良好的平顺性.     

振动筛橡胶弹簧非线性刚度实验及仿真研究

采用实验方法及仿真计算,对振动筛用橡胶弹簧的非线性刚度特性进行研究.实验得到橡胶弹簧在压缩变形过程中刚度变化曲线,分析表明刚度变化可以划分为近似线性区和非线性区两个区间,通过最小二乘法拟合得到不同区间内橡胶弹簧刚度—压缩变形关系式;在实验数据基础上,应用应变能理论,建立了橡胶弹簧的非线性本构方程及其非线性有限元分析模型,很好地模拟了橡胶弹簧的整个压缩变形过程,模型有足够的精度.对于橡胶弹簧工作在近似线性刚度区的情况,提出了均值刚度的概念及其计算方法,建立线性有限元模型进行仿真分析,结果表明在近似线性刚度范围内能够较好地符合实验数据,可以作为非线性分析的替代,解决了非线性分析收敛困难的问题,并减少计算资源占用.本文的研究为振动筛用橡胶弹簧的设计和生产提供了分析方法和理论依据.     

滚动直线导轨副可动结合部动力学建模

将滚动直线导轨副可动结合部视为一个独立无质量的八结点六面体单元,且每个结点之间相互耦合,在此基础上利用刚度影响系数法建立其动力学模型.采用实验模态分析与有限元分析相结合手段,通过非线性最小二乘法的优化方法对动力学参数进行了识别.利用振型相似进行固有频率的比较和分析,计算结果与模态试验结果符合,验证了模型的有效性,为数控机床整机动力学精确建模提供了理论基础.     

具有杆间弹性支撑的端部固定压杆稳定性研究

为了研究具有杆间弹性支撑的端部固定压杆稳定性问题,首先简化工程模型为理论模型,求解两端固定压杆稳定承载力与杆间弹性支撑刚度的理论关系,并提出简化计算公式;其次根据理论模型,使用杆间弹簧支撑轴心压杆进行失稳试验,调整弹簧数量以改变弹性支撑刚度,进行5组不同弹性支撑刚度下的杆件稳定承载力试验,通过试验结果验证理论解的正确性;最后使用ABAQUS进行有限元分析,计算杆间不同弹性支撑刚度下压杆的稳定承载力,对理论解进行验证.通过试验以及有限元分析验证了理论解的正确性,为工程设计人员提供了简单可靠的计算公式.     

艉轴密封装置Ω弹簧组的多参数优化设计

Ω弹簧组作为艉轴密封装置的重要组成部件,其结构补偿能力直接影响艉轴密封装置的密封效果.基于零阶算法,以单片弹簧的特征厚度、宽度、中圆半径和顶圆半径为设计变量,对Ω弹簧组进行多参数优化分析.通过有限元优化设计,分析求解Ω弹簧组各设计参数的响应以及径向刚度的最优解,优化后的刚度值比优化前的增加了11.5%.并对优化前后的Ω弹簧组分别进行谐响应分析,验证了Ω弹簧组径向刚度的优化设计对改变Ω弹簧组频率补偿能力的有效性,进而改善其结构补偿能力.     

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。     

考虑钢梁翼缘断裂的组合框架抗震性能分析

基于钢-混凝土组合框架抗震性能试验,考虑材料、几何及接触非线性,采用Msc.Marc建立了钢-混凝土组合框架的有限元分析模型.有限元模型中引入基于应变的钢梁翼缘断裂准则,能够较好地模拟钢梁翼缘的断裂现象.有限元模型的整体及局部计算结果均与试验结果吻合良好.在试验验证的基础上,对有限元模型进行参数分析,研究了楼板宽度、剪力连接程度、轴压比等参数对钢-混凝土组合框架刚度、强度及延性的影响.研究发现,在试验及3维建模中,为了准确反映楼板对组合框架抗震性能的影响,楼板宽度至少应取为跨度的1/4;轴压比对组合框架延性有较大影响;楼板厚度、剪力连接程度对组合框架抗震性能影响较小.结合相关组合结构设计规范,讨论了各项参数的合理取值,对组合框架抗震设计提出了建议.     

拉杆转子结构宏观非线性刚度特性参数化建模

拉杆转子由于加工和装配工艺误差会引入几何与接触非线性特征,针对非线性模型描述不全面、不精确的问题,结合转子动力学方法和有限元方法,首先建立转子动态平衡方程,将包含有多种接触变形因素的刚度项以未知函数来表示;提出参数化建模的方法,对转子细观结构进行参数化表达,以螺栓预紧不均匀和轮盘质量偏心夹角作为非线性接入因子和刚度函数的自变量,建立参数空间;通过有限元方法对参数空间下的转子模型进行仿真分析,建立起从细观结构特征到宏观非线性刚度特性的映射关系,得到了稳定工作状态下,拉杆转子在参数空间上的宏观位移特性以及宏观非线性刚度特性,拟合出刚度函数,建立了既体现细观结构影响,又可用于动态分析的宏观非线性动力学模型。     

冰下基岩电动机械取心钻具反扭装置设计

对提供大扭矩的反扭装置进行优化设计,并根据钻头实验确定反扭装置设计参数;提出反扭装置设计原则,建立反扭装置力学计算模型,并对不同尖角滑刀式反扭装置进行理论计算,得出其径向压力和扭矩关系曲线,确定最佳的反扭滑刀参数;设计具有六连杆机构的滑刀式反扭装置,根据其结构原理,建立弹簧刚度与径向压力理论计算模型,并对4种刚度弹簧进行优选。研究结果表明:采用刚度为19.61 N/mm的弹簧时,滑刀式反扭装置理论上可提供73~94 N·m反扭矩,满足冰下基岩钻进的需要。     

基于ANSYS的汽车钢板弹簧有限元分析

采用APDL参数化有限元分析技术,对某轻型载货汽车的前钢板弹簧进行参数化建模。应用ANSYS软件的非线性模块,考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形、片间接触和摩擦等多种非线性因素,建立了钢板弹簧的有限元模型,得到了钢板弹簧在不同载荷作用下的变形和应力分布。     

渐变刚度钢板弹簧建模方法对比

为更好地分析钢板弹簧刚度特性,对钢板弹簧建模方法进行了对比研究。依据钢板弹簧国家标准GB/T 19844—2005,针对某型渐变刚度钢板弹簧分别在有限元软件Hypermesh和多体动力学软件Adams中建立其有限元模型和离散梁模型,并进行了仿真,得到刚度特性。将仿真结果与试验值进行了比较。结果表明,在针对该钢板弹簧的刚度分析中,运用离散梁法得到的刚度特性更加接近试验值。     

冷弯薄壁方钢管-稻草板组合墙体轴压性能

为研究冷弯薄壁方钢管与纸面稻草板(稻草板)组成的组合墙体的轴压性能,对三面组合墙体试件进行轴心受压试验,得到组合墙体的轴心受压承载力和破坏模式.试验结果表明,组合墙体的破坏模式是钢管端部屈曲破坏、稻草板局部发生褶皱和弯曲.方钢管和稻草板协同工作性能良好,稻草板对方钢管起到了良好的约束作用,组合墙体承载力较高.采用有限元...     

碟簧力学性能试验及仿真分析

针对外径28mm的C系列碟簧,利用微机控制电子试验机进行静力加载试验,得到碟簧不同工况下的载荷-位移特性曲线.基于ABAQUS有限元软件,建立了相应碟簧的有限元模型,进行不同位移载荷下的数值模拟计算,利用实验数据对数值计算结果进行检验并修正,修正后模型的计算结果与实测结果吻合良好.在此基础上,对开发的非标开槽碟簧建立有限元模型,计算得出了不同开槽位置和不同开槽方式下碟簧的载荷-位移特性曲线和刚度-位移曲线,系统分析了不同开槽位置和开槽方式对碟簧载荷变化范围、刚度变化速率、刚度变化幅度、负刚度区域大小和最大等效应力的影响.本研究对非标开槽碟簧的设计和作为负刚度元件在减隔振装置上的应用具有一定的参考价值.     

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.     

鼠笼弹性支承的刚度实验测试及计算分析

为了获得鼠笼弹性支承准确的刚度值,基于实验测试、有限元数值仿真和理论公式推导,进行了鼠笼弹性支承刚度的实验和计算研究。首先,施加不同的外力,进行鼠笼刚度的测试;然后,从网格划分、有无倒角、外力施加位置和边界约束条件四个方面开展鼠笼刚度有限元的数值仿真计算的研究;最后,在充分考虑鼠笼条截面形状、鼠笼条的弯曲方向和受力方向不平行等因素的基础上,进行了鼠笼刚度理论公式的推导。对比实验测试、有限元仿真和理论公式计算得到的鼠笼刚度值可知,网格划分、边界约束条件、有无倒角对鼠笼刚度的有限元计算结果有较大影响,其中,网格划分的影响最大,而外力施加位置对鼠笼刚度的实验测试结果影响较小。     

炸药摩擦点火评价实验数值模拟

为研究炸药块摩擦点火机理,采用LS-DYNA软件和ALE算法,并嵌入含热分解放热反应的热弹塑性材料模型,对PBX-C03和PBX-C04炸药摩擦点火评价实验进行数值模拟,得到了不同压力、滑动速度和摩擦系数下PBX-C03炸药点火的临界曲线.研究结果表明,含有热分解放热反应的热弹塑性材料模型可作为炸药摩擦点火反应的计算模型,加载压力接近或大于炸药屈服应力时,提高滑动速度和摩擦系数都易使炸药发生点火反应.     

应用SAP2000程序进行剪力墙非线性时程分析

为研究用于结构地震反应分析与抗震设计的剪力墙单元非线性性能的动力分析模型,对SAP2000程序中的Link单元进行了矩阵分析与力学参数研究。推导了SAP2000中Link单元的刚度矩阵,明确了各弹簧属性的物理意义,给出了弹簧线性等效刚度、相对转动中心高度和力位移关系的确定方法。对3个不同截面形状的剪力墙试件采用Link单元进行简谐动力荷载作用下的非线性时程分析的计算结果与清华大学土木工程系对这3片墙的拟静力试验得到的水平力位移滞回曲线的骨架线符合良好。这说明用Link单元可以较好地模拟剪力墙的动力非线性行为。     

考虑楼板组合作用的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究在楼板组合作用下钢管混凝土节点的抗震性能,本文按照1:2比例制作了两个不同梁柱线刚度比的带楼板钢管混凝土柱钢梁节点试件。试验利用MTS液压加载系统对节点梁端施加循环往复荷载进行拟静力试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析。通过试验与有限元模拟,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、强度退化和刚度退化等性能参数。结果表明：两个节点试件在楼板组合作用下,滞回曲线饱满,节点表现出良好的抗震性能;在轴压比不变的情况下,随着梁柱线刚度比的增加,节点的延性、强度和刚度均有所提高;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,为参数分析提供了依据。     

EWB在电力电子电路仿真中的应用

用电子设计自动化软件EWB建立了电力电子主电路全控制器件的组合器件模型，并用subcircuit子电路对此模型及同步电压为锯齿波的晶闸管触发电路进行封装，最后采用此模型及触发控制板对直流斩波电路和相控整流电路进行了仿真控制。结果表明：该组合器件模型方法是正确的，EWB软件界面直观，使用方便快捷，特别是其丰富的虚拟仪器及完善的功能设置，适合于电力电路大系统的仿真，为电力电子虚拟实验的开发奠定了基础。     

FRP管-混凝土-钢管组合短柱轴压性能试验及有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管组合短柱的轴压性能,进行了3个实心组合短柱的轴压试验.基于非线性有限元分析软件ANSYS,通过选择合适的单元类型以及材料的本构关系,对实心组合短柱进行了数值仿真分析,并与试验结果进行对比,证明了所采用的非线性有限元分析模型可以较好地模拟实心组合短柱的受力过程.结合已建立的有限元模型,开展了参数的敏感性分析,探讨了FRP管厚度、钢管厚度和强度、核心混凝土强度等参数对实心组合短柱轴压性能的影响.模拟结果表明:FRP管厚度对实心组合短柱的轴压性能有显著影响,钢管厚度和强度对实心组合短柱的影响规律较相似,对第二线性阶段斜率均无影响,其中钢管厚度对实心组合短柱的初始刚度略有影响,核心混凝土强度变化对极限承载力有较大影响.