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.     

模型修正技术在螺栓连接结构中的应用探讨

螺栓连接直接影响整体结构的可靠性和动态性能,需要精细的处理分析,而传统的有限元建模方法有的不能满足精度需求,有的过程复杂且计算量大.针对这一问题,利用改进的正交模型正交模态(ICMCM)法,基于模态试验结果,对一类螺栓连接结构的有限元模型修正技术进行了研究.模型修正前,采用最优拟合法进行振型扩展得到包含所有节点和变形的完备振型.研究结果表明,与螺栓连接刚性或多点约束建模方式相比,经过本文方法修正的刚性连接模型能满足修正效果评价准则,而且计算结果的精度和可靠度显著提高.同时,研究也表明,对于螺栓连接结构,无需建立复杂精细的有限元模型,只要对刚性模型进行上述修正即可获得满足实际工程需要的计算模型.     

Tandem-GMAW电弧增材制造基层成型宽度研究及热过程分析

电弧增材制造网格壁板以逐层堆积的方式直接在基板上沉积网格结构,能够极大地提升生产效率并降低成本.在网格壁板的成型过程中,基层的成型和整体的热过程决定了上层是否能成功完成成型.本文针对不同板厚作为基板的基层成型不规律问题,利用不同环境因素下的试验得到其成型熔宽及余高数据,根据得到的数据建立有限元填充模型.采用有限元模拟方式研究基板厚度、预热温度、距边缘距离等关键参数对电弧增材制造网格壁板的影响规律.试验结果表明:随着基板厚度的增加,基层成型宽度明显减小;随着预热温度的升高,在80℃温度以内宽度增加不明显,当预热温度超过120℃,基层成型宽度出现明显的增加;在边缘距离大于20 mm时,边缘距离对成型宽度基本没有影响;边缘距离小于20 mm时,随着边缘距离的减小,成型宽度逐渐加大,在边缘距离为10 mm时整个边缘基板的温度达到500°,基板塌陷倾向明显.最后通过上述试验结果,应用热力学理论构建基层成型数学模型,结合统计学最小二乘法,辅助确定热源参数后采用有限元模拟的方法可以进行不同工艺参数及板厚的热过程研究,这种创新性结合热力学解析解、统计学方法和简单实测解,可以有效地减少电弧增材基层热过程...     

基于Petri网的生产系统建模与分析研究

针对生产管理模式的选择及Petri网建模规模较小等问题,根据生产物流控制的原理,在对基本制造单元进行模块化建模的基础上,应用模块化、层次化的技术构建了推式、拉式等生产管理模式的Petri网模型,然后应用参数化的技术对模型进行了改进,应用IDEF1X方法(icam definition methods,IDEF系列分析方法中的数据建模方法)对着色Petri网的颜色集进行了设计,弥补了Petri网建模的不足,并通过对这些方法的集成应用,建立了具有较强通用性的大规模复杂生产系统的Petri模型.最后,通过直接对所建Petri网模型的仿真和对仿真过程中所采集数据的统计计算,对生产系统的性能进行了分析,验证了上述建模方法的正确性和通用性.该方法为制造企业进行生产模式选择提供了有效的工具.     

双半挂汽车列车两种建模方法的对比研究

为建立基于线性轮胎特性的双半挂汽车列车四自由度动力学模型,提出了一种从整体角度分析的建模方法.双半挂汽车列车由牵引车、第一节半挂车和第二节半挂车共计三个车辆单元组成.该方法采用对三个车辆单元进行受力和力矩平衡分析,对第二个和第三个车辆单元进行力矩平衡分析,对第三个车辆单元进行力矩平衡分析,可列出四个微分方程并进一步进行求解.与传统的分别对三个车辆单元进行受力和力矩平衡分析,列出的六个微分方程相比,整体法的优势在于无需过多代入求解车辆单元间的约束条件,减少了化简中的繁琐步骤,可有效防止计算过程中出错.在牵引车前轮角阶跃输入下,通过MATLAB仿真求解,两种方法的仿真结果一致,验证了整体法建模的正确性,为下一步建立更复杂的多挂汽车列车系统动力学模型奠定了基础.对低速和高速工况下的双半挂汽车列车各物理参数的仿真结果分别进行分析,发现其存在后部放大效应,且高速工况下更容易失稳,进一步验证了整体法仿真结果的正确性.     

7075铝合金薄壁件高速切削变形仿真分析

针对AL7075零件设计中会采用大量薄壁和翼缘结构,加工中如何控制因零件刚度较差而产生的变形非常关键.本文利用Advant Edge FEM有限元软件对AL7075高速切削过程中切削参数变化对工件的变形进行预测.以JC本构模型为基础,基于高速、拐角、切深和切削力的变化仿真对工件变形的位移量进行分析.设计的刀具模型添加了加工动态点,加工模型采用节点分析法,使薄壁变形建模中切削参数和部件的属性相关程度更好.此有限元仿真方法可用于预测薄壁部分的变形,亦可用于选择最佳工艺参数,以实现端铣工艺的稳定性.     

轴向变密度铝泡沫件的动态和静态压缩实验与有限元模拟分析

针对工程中常见的厚度方向变密度的闭孔铝泡沫材料,该文通过动态和静态压缩实验与模拟分析,探讨了大尺度变密度铝泡沫部件变形与吸能特性分析的有限元模型构建方法。对变密度铝泡沫大试样的准静态压缩和冲击压缩实验研究表明:厚度方向变密度铝泡沫材料的压缩过程呈现从低密度层开始的逐层屈服变形伴随整体变形的特性,与密度均匀的铝泡沫材料的变形特性显著不同。该文建立了变密度铝泡沫大试样的分层变密度变尺度有限元模型和近似的密度和尺度均匀的有限元模型,计算结果对比分析表明:分层变密度变尺度有限元模型能够模拟实际材料的逐层屈服变形特性,计算的试样准静态和冲击压缩变形与吸能特性等与实验结果相符;而基于均匀模型的计算结果则不能模拟逐层变形特性,与实验结果及理论特性明显不相符。分层变密度变尺度有限元模型的单元尺度会影响逐层屈服变形特性模拟结果,基于单元尺度接近实际铝泡沫材料胞元尺度的分层有限元模型的计算结果与实验结果一致性较好。这些研究结果对各种结构的铝泡沫材料应用研究具有重要意义。     

大型矿用自卸车车架结构有限元建模研究

探讨了某大型矿车车架有限元建模方法研究.以某矿用电动轮自卸车车架为研究对象,基于车架实体几何模型,给出了车架结构的精细化有限元模型.设计了两种车架焊缝结构有限元建模方案,在正常匀速行驶边界条件下,分别对各方案模型进行数值计算分析.通过对应力分布的对比,分析了焊缝模型因素对数值计算结果的影响,进而验证了车架精细化模型的准确性.该车架有限元建模方法适用于各种大型结构件的建模研究,它能定量分析车架的强度和刚度性能,并进行初步的设计.     

水机调速器模型的仿真问题分析及改进

水电仿真中关键的模型是水机调速器模型,针对水电仿真系统中的调速器非线性数学模型问题进行分析.在建模过程中采用分段解析、拟和的方法,推导出了水电仿真中水机调速器开机和甩负荷过程数学模型,解决水机调速器中开机过速和甩负荷过程中振荡不收敛问题.水电仿真2.0和3.0版本性能评价表明,该模型在性能上优于传统的调速器仿真模型,在丰满水电仿真系统中运行良好.     

静电场问题的等几何分析方法

等几何分析方法是一种新型的数值方法,它将几何模型和计算模型统一起来,从而消除了传统方法中二次建模的冗余过程,同时也消除了网格离散过程中几何模型和计算模型的非一致性.将此方法扩展到静电场问题,利用几何等参思想构造域内变量场分布,通过加权余量法将控制微分方程弱化为等几何离散方程,对于强制边界条件,通过分组的方式得以施加.将矩形域内静电场问题的计算结果和传统的有限元方法比较,结果表明此方法具有自由度少、精度高、收敛速度快的优点,可以应用其求解椭圆微带线的特征阻抗.     

人工神经网络在石油水压裂过程仿真中的应用

石油水压裂是在石油开采过程中增加产能的重要措施,但由于种种条件的限制,传统的建模方法无法建立起精确的仿真模型.研究分析了石油水力压裂工艺流程各个部分的不同特点,分别采用不同种类的神经网络建立仿真模型来替代原有的模型,并以RBF网络建模求取综合滤失系数来验证方案的可行性.     

斜齿轮精确接触分析有限元建模方法

针对影响齿轮有限元接触分析应力计算精度的关键因素：有限元模型网格质量、接触带网格密度和齿面节点几何精度,提出一种高效的斜齿轮三维有限元精确齿面控制建模方法.优化算法求解接触线方程,规划斜齿轮节点模型潜在接触带节点分布,局部细化接触带单元,映射轮齿表层节点到设计齿面上,实现齿面精确几何建模.数值实验表明整体采用六面体单元映射网格划分结合接触带局部单元细化建模方法,能够有效地解决斜齿轮有限元接触分析计算精度与计算效率之间的矛盾.     

面向WAAM无支撑制造大悬臂的自适应切片

为满足多轴送丝电弧熔积增材制造(WAAM)无支撑制造大悬臂结构的需求,提出一种厚度和方向均可变的自适应切片算法.首先通过层间相对悬臂长度的计算,进行大悬臂结构识别;然后对位置和方向分别进行二分迭代优化和主成分分析(PCA)迭代优化,确定分段平面,分解大悬臂结构为微悬臂子结构;最后对子结构进行平行切片,产生均匀切片以满足工艺制造需求.相比于现有的最小包围球冠和质心轴法,该算法的相对悬臂长度和悬臂角更小,分段子结构的数量也更少,具备更佳的可制造性和更高的制造效率.实例证实了算法的有效性.     

静电梳齿驱动器静电-结构耦合的仿真分析

采用降阶建模为静电梳齿驱动执行器开发了一个二维有限元模型,将梳齿驱动器简化为一组等价的集总参数单元,各单元均体现了对应器件的静动态特性和输入输出特性,降阶得到的模型降低了计算的复杂程度,提高了计算的速度.对采用降阶模型法所建立的模型仿真,得出梳齿驱动执行器的驱动位移、静电力与结构参数和所施加电压关系的仿真结果.该方法能以较快的速度求解静电-结构耦合问题,所得结果与有限元解相比较,最大位移误差小于5%.     

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.     

过程仿真的单调迭代解法

论文探讨过程仿真建模及其计算方法。对于一类具有保序特征的仿真模型，我们给出了一个大范围收敛的单调迭代计算方案，为工业过程建模和数值计算提供了新的思路。     

基于超闭球小脑模型的系统建模及其校正

为了克服神经网络建模在工程应用中的不足,利用超闭球小脑模型（HCMAC）神经网络所具有的结构简单、学习收敛速度快、泛化能力强等优势,提出了基于HCMAC的非线性动态系统建模原理。分析了建模误差产生的原因,给出了基于误差校正率的神经网络模型多步在线校正策略,采用通过实时扩展模型学习样本空间和基于模型误差可信度的模型参数修正方法训练模型,以跟踪实际动态过程。仿真实验证明：上述方法可有效地减小由于样本精度不高和在模型输入空间中的分布不均匀所带来的初始模型误差,同时可实时适应非线性动态过程工况的变化。     

压力容器有限元计算中的整体建模方法研究

在压力容器有限元计算中,通常仅针对所关心局部区域进行建模;但局部建模将带来边界条件难以确定的问题。针对一受内压作用的过热器强度计算问题,提出一种实体单元/壳单元混合建模的整体建模方法。对较厚区域,关注的局部区域及结构不连续区域采用实体单元建模;其余薄壁结构用壳单元建模。通过改变实体单元/壳单元连接位置,建立不同的计算模型。计算结果和实测结果比较表明:通过合理选择壳单元和实体单元连接位置,该整体建模方法所得计算应力能与实测应力较好吻合。既避免了局部建模边界条件难以确定的问题,又达到了减小整体模型计算规模,同时保证局部计算精度的目的,为类似的工程问题提供了参考。     

浅谈大跨度屋面结构建模分析

以某体育馆工程网架为例,对PKPM有限元软件模型的简化建立与分析进行了探讨,提出采用等代刚度梁法对网架部分进行简化建模参与结构的整体计算分析,通过计算分析表明此种方法较为符合实际.     

基于整体海洋平台模型的下落物体撞击数值仿真

针对海洋平台受落物撞击后的性能进行研究,采用非线性有限元数值仿真方法,探讨了落物撞击模型的建模技术和参数选取,建立了整体海洋平台模型,对落物与平台的撞击进行了数值仿真,并分析了撞击全过程,得出下落物体撞击海洋平台过程中关于碰撞力、结构损伤变形及能量转换等的一般性规律。主要结论如下：海洋平台结构的碰撞损伤变形主要表现为弹性变形,绝大部分塑性变形发生在撞击区域;海洋平台整体具有较好的弹性变形性能,能够降低下落物体撞击引起的结构损伤;建模时必须建立整个海洋平台模型,以充分体现平台结构的整体性能。