混凝土泵车臂架实验台数值仿真和振动特性

针对泵车臂架末端运动轨迹确定和动力学求解困难的问题,建立泵车臂架实验台刚体模型;采用模态缩减技术对臂架柔性化,建立臂架系统的多柔体模型,然后利用虚拟弹簧阻尼法建立四节臂液压驱动油缸的等效模型,研究臂架系统臂、连杆、铰之间的运动学、动力学规律,对比分析臂架系统刚体模型、柔体模型和加液压油缸等效柔体模型的末端位移、液压缸运动受力以及整体臂架系统的第一阶固有频率。研究结果表明:臂架柔体模型运动停止后存在振动衰减的过程,其末端位移量比刚体模型增大数倍,柔性体液压缸关键部位的受力比刚体模型也大幅增加,第一节臂对整体末端振动位移的贡献最大,液压油缸的等效分析对固有频率值的影响较大。最后通过臂架实验台验证了建模和分析方法的正确性,为臂架系统低频振动抑制、轨迹规划和疲劳分析提供参考。

计及铰间隙的多柔体机械臂动力学特性

地面长臂机械研究中一般都将铰当成理想铰处理而忽略铰间隙的影响,为得到更符合实际运动学规律和动力学特性的结果,首先,采用Lankarani-Nikravesh模型并选取合适的摩擦因数,分析加入第1节臂和加入全部4节臂油缸连接旋转铰间隙接触摩擦的影响;其次,建立对应的多柔体臂架的刚柔混合模型,对理想铰和铰间隙臂架模型的末端轨迹和振动特性进行数值分析。结果表明:加入铰间隙模型的末端振动位移比理想铰模型的末端位移增大,第1节臂液压油缸最大受力值也对应增大;考虑铰弹性的第1阶固有频率比理想铰模型有所降低,证明此类机械铰间隙的影响不能忽略。最后,通过臂架实验台验证了模型的合理性和数值仿真的正确性,为此类机械设计和工程应用提供参考。

多体列车车轴淬火温度场模拟和残余应力研究

建立了35CrMo车轴淬火工艺的温度场模拟有限元模型,分析了其在盐水淬火、PAG溶液淬火、油淬、空冷方式下的表层和内部温度场分布规律;然后采用X射线衍射法对35CrMo车轴表层和内部进行了残余应力测试。测试结果表明:仿真数据和实测数据吻合较好,且表面残余应力结果符合欧洲标准,验证了仿真模型的正确性。

列车车轴表层和内部淬火残余应力的有限元模拟

对盐水淬火35CrMo钢车轴的组织场和应力场进行了有限元模拟,然后采用X射线衍射法和剥层法分别对车轴表层和内部的残余应力进行了测试,用以验证模拟结果。结果表明:车轴表层轴向残余应力有限元模拟结果与试验值误差约为15%,表层环向残余应力误差约为20%,符合欧洲EN 13261-2003标准;轴向和环向残余应力均随着距表层深度的增加逐渐减小。

多体泵车臂架运动学规律仿真和实验研究

水泥混凝土泵车臂架是典型的多体非线性系统,臂架的柔性以及与连杆之间的耦合作用增大了臂架运动学轨迹和动力学响应求解难度。采用模态缩减法建立臂架刚柔混合模型,利用虚拟弹簧阻尼法建立液压缸等效连接,运用计算机仿真算法研究柔性臂、连杆、铰之间的复杂运动学规律,分析臂架柔性和等效油缸弹簧阻尼对末端位移的影响,最后通过实验验证仿真结果的正确性和合理性,为臂架虚拟样机设计、低频振动控制、轨迹预测提供参考。

一种混凝土泵车臂架多姿态固有频率的数值算法

为方便快速计算泵车臂架任意姿态的固有频率,提出一种数值算法。首先基于传递矩阵法建立臂架力学模型,以快速计算其任意固定姿态的固有频率,并分析其结果的准确性;而后由大量姿态的位置及频率值,数值拟合出一个频率关于姿态的回归计算公式。对比力学模型,有限元模型,以及回归公式的计算结果。结果表明该计算公式在保证计算精度的情况下可以极大地减小计算量,缩短计算时间,同时验证了多元函数的混合拟合方法的可行性。从而对臂架动力性能分析,实时监测具有参考价值,同时对于其他学科该拟合方法也具有参考意义。

小行星采样头的有限元模态分析

为了保证小行星采样器的采样头具有更合理的结构以及动态特性,分析了采样状态和常态下的模态特性,对其验证结构的合理性。建立了采样头的有限元模型,进行了模态分析,得到了低阶固有频率和振型,为优化采样头结构提供理论上的依据。

基于SPH方法一维颗粒仿真分析

SPH方法由于可以在不同粒子上赋予物理特性且核心方程为矢量方程,在近年得到越来越多学者重视。根据此特性本次为简化模型对其一维形式进行模拟,选用三次B样条函数作为核函数,加上Lennard-Jones边界力模型,同时结合蛙跳积分法进行一维数值分析从而观察到粒子各个时刻的运动状态与物理量的变化。

基于卡尔曼滤波法的LSDYNA冲击曲线优化分析

在使用LSDYNA有限元软件对冲击实验进行数值模拟的过程中发现,虽然数值模拟的冲击力曲线接近实际实验反馈值的曲线,但是数值曲线存在许多微小波动,在数值模拟上也称为数值振荡。为此,引入了卡尔曼滤波法去除由于算法特性产生的噪声,数据优化后,曲线更为光滑且与实际冲击时程曲线的拟合度更高。由于优化后模拟的曲线峰值唯一,在最大冲击力数值的选取上更为方便,同时观测到与实际实验数值较为接近,得出卡尔曼滤波法在对LSDYNA冲击曲线降噪方面具有可行性。

带铰弹性开环多体臂架变位姿固有频率算法

针对多体泵车臂架作业中频繁位姿变换固有频率不易求解的问题,采用多体传递矩阵法建立四节臂架动力学模型,模型分为A和B 2个子系统,子系统A为第1节臂、支座油缸连接,子系统B为后3节臂、油缸连接。加入液压驱动油缸两端铰弹性的影响,进行整体模型封装分析4种常用位姿的固有频率,并在已有臂架实验台上进行实验验证。研究结果表明:采用多体传递矩阵法求解变位姿多体系统臂架固有频率避免了传统方法中重新设定计算的步骤,4种位姿加入铰弹性的固有频率均比理想铰降低且更接近实测值,为此类机械的变位姿频率计算和整车实时振动控制提供参考。

多体系统抱罐车驾驶室模态分析与测试

抱罐车是由车架、工作臂、车桥、转运罐等组成的多体系统,驾驶室在作业中受频繁方向改变冲击载荷以及车架柔性振动的影响,影响操作人员的安全性和舒适性。为研究其振动特性,建立某抱罐车驾驶室的三维模型,进行振动模态的有限元仿真和理论分析,得出其前五阶固有频率和振型,最后通过现场的锤击静态测试和冲击载荷动态测试证明理论分析和仿真的正确性,为抱罐车整机设计和驾驶室振动控制提供参考。

电推力器推进剂管道大变形弯曲特性仿真研究

根据电推力器指向机构的实际机械结构,建立了推进剂管道仿真模型。利用Abaqus有限元仿真软件分析对比了推进剂直管道和螺旋管道大变形弯曲应力,随后又分析了不同中径、内径、有效圈数三个变量对螺旋管道应力的影响。仿真分析结果表明,直管道在大变形弯曲情况下应力远远超过屈服强度,螺旋管道在同样条件下,应力未超过屈服强度;控制上述变量中两个变量不变时,随着中径变大,应力越来越小;随着内径变小,应力越来越小;随着有效圈数增多,应力越来越小。该研究可用于电推力器推进剂管道方案的设计和参数优化。

小行星表面采样研究分析

深空探测活动是人类认识宇宙的重要一步,太空中的诸多星体蕴含着宇宙的奥秘。小天体的土壤是目前人类星体研究的主要方向之一。现主要调研了国内外小天体表面采样技术的研究现状和研究成果,分析比对了国外小天体表面采样技术的不同之处,并总结了国外采样技术的特点。此外还列举了国内现有的小天体表面采样设备,分析了其特点,并提出了一些见解。

张拉整体结构模块组合的力密度法找形与分析

首先在用力密度法对张拉整体单元找形的基础上,对模块化组合的张拉整体结构进行找形分析;其次以三杆张拉整体单元及双模块结构为算例,用Matlab工具软件编程绘出结构的形态,同时阐述这种组合结构的形态特性;最后验证了这种找形可以推广到任意N模块,对实际工程应用具有重要意义。

多带簧组合铰链的设计与分析

目的研究带簧的空间布局及弯折方式对多带簧组合铰链展开过程弯矩的影响,设计一种多带簧组合铰链,解决该类铰链在展开过程存在死点的问题.方法利用ABAQUS分析软件首先分析单根带簧的弯折性能,输出其弯折过程的弯矩-转角图,进而完成三根带簧组合铰链的设计和弯折性能分析.结果通过单根带簧反向弯折的有限元分析结果与理论计算和实验结果进行对比,证明了有限元模型的正确性;笔者设计的组合铰链实现了其展开过程平稳且不存在死点的目标.结论通过设计多带簧的空间布局和弯折方式可以解决该类铰链在展开过程中存在死点这一问题.

康复移位装置多体动力学建模和力学响应研究

为解决目前国内外对移位机结构设计、力学特性研究不足的问题,利用多体传递矩阵法建立液压驱动移位机模型。模型中采用弹簧阻尼对液压缸进行等效,把支撑臂和摆臂当作Euler-Bernoulli柔性梁处理。利用90和120 kg的质量进行不同人员乘坐模拟。计算结果表明:油缸部位最大受力达到1 200和1 400 N,满足部件的安全使用标准;以上两种质量人员移位机模型的末端振动位移最大达到45和50 mm,符合设备的抗变形能力。通过对移位机样机上的60名样本人员试验乘坐,显示设计的产品符合乘坐需求和产品设计目的。多体传递矩阵法可为肢体康复移位机产品设计提供有效的参数化建模和计算条件,能满足不同人员、不同型号产品的设计需求,得出运动过程中不同工况的动力学响应,所得结果为移位机及临床医疗设备的智能控制和患者乘坐的安全性、舒适性提供帮助。

一种改进最小二乘复频域方法及其应用

针对最小二乘复频域法在噪声干扰下模态参数识别精度不高的问题,采用分母替换函数,提出有理函数拟合改进算法,将其迭代后引入最小二乘复频域法.通过简支梁实验台锤击信号得到频域响应函数,代入到改进的算法中进行研究.结果表明:有理函数拟合最小二乘复频域法比最小二乘复频域法在噪声干扰下的识别效果较好,经过有理函数拟合改进后的多项式在阶次较低的情况下能识别出全部极点并得到更理想的稳态图,且对阻尼比的识别更接近真实值.