飞机起落架结构拓扑优化设计及动态特性分析

为实现飞机起落架系统高效承载下的轻量化,以着陆时冲击载荷下的结构刚度为约束条件,以最小质量为设计目标,建立了基于变密度法和优化准则算法的拓扑优化模型;根据该构型对外筒支柱结构进行了重构设计,并对优化设计区域开展强度和刚度校核;最后在Ansys Motion系统中建立了起落架落震动力学仿真模型,分析了飞机起落架系统在结构优化前后的动态特性,并与试验数据对比验证了该模型的正确性。结果表明:与原有结构相比,重构模型重量减少10.7%,最大等效应力降幅达到16.2%,系统缓冲效率提高了约2.4%,有效提升了起落架系统的轻量化水平和结构承载效能,研究结果可为飞机起落架系统的减重设计提供一定参考。

用Level Set方法对水下两个气泡运动的数值模拟

利用Level Set方法,三维数值模拟了两个气泡的上升运动.通过改变气泡尺寸及位置,研究气泡对在上升过程中的尾迹流及其相互作用规律.数值模拟准确再现了气泡对的变形、吸引或排斥行为,气泡上升速度计算结果与经验关联式结果吻合;气泡周围的速度场揭示了两个气泡尾迹流的流体动力学作用;对于水平或垂直放置的气泡对,当下方气泡有大于50%的投影面积进入到上方气泡的尾流区时,两个气泡将发生聚并现象.

环形精密谐波传动柔轮的承载特性研究

为了研究谐波齿轮中环形柔轮负载状态下变形程度和应力分布,首先在波发生器和环形柔轮之间应用了更为贴合实际的过盈装配模型,解决了大变形装配的难题,并通过实验验证了该方法的有效性。在此基础上对谐波齿轮在空载和额定负载两种工作状态下的受力和变形状况进行了有限元数值计算。最后,通过数据处理对空载和额定负载下柔轮齿根和柔轮圆环中性层的变形和应力分布规律进行了研究。结果表明柔轮圆柱壳体中性层分布应力值较小,柔轮齿根处的分布应力最大且主要为切向应力。相对于空载,额定负载下柔轮的最大变形和最大应力增量分别为空载时的0.46%和93.6%,说明负载对柔轮的变形影响较小但对应力的影响较大。有限元数值仿真的结果与相关文献基本吻合,说明在模型中对柔轮应用过盈装配是成功的,这为研究实际工作条件下谐波齿轮传动性能提供了一种更准确的方法。

采用镜像对称方法的风机叶片结构补偿

耦合载荷引起的叶片挠曲变形一直以来是制约风力发电机安全性、可靠性提升的瓶颈问题。采用基于镜像对称方法的结构补偿技术对其结构进行优化,首先建立了风力发电机的三维模型,对其流固耦合特性进行分析;其次,根据叶片的节点变形建立风力发电机的参数化模型,采用中心复合设计方法生成了81组样本点;最后,采用直接镜像对称补偿方法和基于优化设计理论的镜像对称方法对叶片结构进行补偿,经对比分析可知,采用镜像对称补偿方法与基于最优化设计理论的镜像对称方法均可有效缓解因气动载荷而引起的风力发电机叶片结构挠曲变形,但前者可以在有效保证补偿结果的前提下节约大量的计算资源。

基于有限元的发动机连杆可靠性分析

以某发动机连杆为研究对象,基于有限元方法结合模态分析基本理论,对连杆进行了可靠性分析,得到了连杆的疲劳寿命、模态振型和共振区域。分析结果表明,连杆在发动机工作过程中承受复杂的载荷,连杆小头与杆身过渡部位疲劳寿命最小,也是连杆设计的薄弱环节。最后对连杆进行了谐响应分析,得到了连杆大头孔位置处X、Z方向位移与激励频率的关系曲线,找到易发生共振区域,从而使设计人员能够预测连杆的持续动力特性,为连杆的结构设计或者进一步的优化设计提供理论依据。

飞机起落架的动力学分析与拓扑优化研究

针对某型飞机前起落架质量大、收放困难等问题,利用三维软件建立了飞机前起落架的三维模型并将其导入于Adams中,建立了适应于Adams软件飞机前起落架的动力学仿真模型,然后对其进行了着陆动态仿真分析,仿真结果与实际非常吻合,并利用动力学分析得到的工况条件,基于变密度法与优化准则法对飞机前起落架扭力臂结构进行了拓扑优化设计,计算结果表明,在满足刚度与强度的条件下扭力臂质量减小了2.72kg,减小幅度为25.4%,对飞机起落架的结构优化设计具有一定的参考价值。

小麦脱皮机转子的轻量化设计

针对脱皮机转子的受力特点与工作要求,以转子结构参数作为输入变量,转子在工作载荷下的最大变形量、固有频率、最大应力为状态变量,以转子的设计重量为目标函数,采用响应面法和中心复合设计方法对转子进行轻量化设计。设计的试验涉及150个样本点(组)的数值计算,筛选得到了3个复合状态变量约束的优化候选点。通过该方法,在保证结构强度、刚度以及整机动态稳定性的条件下,转子最大可减重73.6 kg,与原结构相比质量减少了35.16%,其最大应力降低了12 MPa。说明轻量化设计方法可在满足机器性能的前提下显著降低脱皮机转子的质量。

风力机叶轮设计与有限元特性分析

以NACA4412翼型为叶片截面形状,基于葛劳涡(Glauert)理论,利用有限元方法对叶轮在不同气动载荷下的转矩和功率特性进行了研究。计算结果表明,叶片微元的功率随着叶片半径的增加而增加,驱动叶轮旋转的动力主要产生于叶尖附近;整个风力机的转矩和功率均随着风速的增大而增大且与理论公式计算结果基本一致;通过有限元方法验证了所设计叶轮的最佳尖速比为6,证明了所使用有限元法的有效性和可靠性。研究结果为叶片的优化设计与加工提供了参考,具有实际应用价值。

基于镜像对称补偿技术的脱皮机转子结构优化研究

为解决谷物脱皮机转子径向膨胀变形的瓶颈问题,根据转子的实际尺寸,建立了转子的有限元模型,对转子的受载特性进行了研究,并对纵梁的变形分布数据进行了拟合。首先,采用两步式策略优化方法及镜像对称方法对模型进行了结构补偿,对转子所受离心载荷进行了计算,确定了p i的取值范围,同时确定了其安全系数及许用应力范围;其次,确定了纵梁扫掠路径的描述函数,采用灵敏度分析方法对参数进行了筛选,采用中心复合设计方法生成了样本;最终得到了3个候选点,对优化结果进行了分析,结果表明:当p 1=1.0990 mm,p 4=3.3011 mm,p 5=4.5004 mm,p 6=3.6038 mm,p 7=2.7477 mm,p 8=2.1978 mm时,纵梁平直度最好,安全系数最高;经补偿,脱皮机转子结构的最大应力降低了12.89%;其最大变形量降低了11.31%;Str值下降了64.30%;安全系数提升了14.78%。研究结果表明:采用镜像对称补偿技术解决脱皮机转子的径向膨胀变形的方法是可行的。

仿竹设计在无人机起落架结构中的应用

应用于无人机的滑撬式起落架多使用弓形梁结构,几何特征上梁是一种细长弹性体,与竹子结构(具有较大细长比)相似。为了提高滑撬式起落架的结构性能,首先参考竹子的微观结构,设计了三种类维管束的仿生圆管,采用有限元法对仿生管轴向与径向碰撞吸能进行了仿真与计算;其次通过有限元静力学与动力学分析,对比了原结构与仿竹结构在相同载荷下的力学性能。仿真结果表明:静力学分析中,仿竹结构的最大应力相较于原结构降低约44%,并改善了弓形梁与滑筒连接处应力集中现象;动力学分析通过多工况模拟了起落架可能出现的平稳着陆与非平稳着陆,采用仿竹结构多工况的最大应力平均降低约22%,有效地提升了着陆性能。

龙门铣床横梁结构方案设计分析

为了研究龙门铣床横梁结构的静动态性能,根据龙门铣床横梁属于薄壁结构这一特点,基于板壳理论采用板壳单元对横梁结构进行了建模,在方案设计时建立了3种结构形式的横梁。在方案比较中,应用有限元方法对3种横梁结构的静动态性能进行了仿真,得到了静载荷作用下3种横梁的变形、应力分布和固有频率以及加工时的谐响应。通过对3种横梁静动态性能的比较,证实O型梁的静动态特性优于其它两种结构形式。

基于板壳理论的挡土墙定型钢模板可靠性研究

针对挡土墙模板的结构特点,应用有限元方法中的板壳理论对扶壁式挡土墙模板这一复杂结构的设计及优化进行研究。在拉杆位置的优化模型上,通过位置布局优化,模板的变形量减小了39%,通过计算得到了模板最大变形量与板壳厚度的关系曲线和模板面板应力分布情况。研究结论可为类似薄壁结构的优化设计、参数计算提供参考,也说明有限元方法对提高模板设计的安全性、可靠性和经济性具有重要的应用价值。

连杆的运动及有限元分析

连杆是发动机曲柄连杆机构中重要的构件。其工作环境受力状况极其复杂,因而对连杆的要求极高。文中主要研究某型号发动机连杆的受力状况,并计算出其在工作工程中所受的惯性力及最大拉压应力。并建立连杆的模型,导入ANSYS中对连杆进行静应力有限元分析。分析得出连杆小头部分的变形最大、损伤最大、寿命最低。并对最大拉伸压缩工况下的最值数据进行对比,得出最大压缩工况对连杆的影响较大。为连杆机构的设计制造和优化提供重要的参考。

Workbench中常见振荡浮子的水动力虚拟实验研究

浮子是振荡波能发电装置的关键部分之一,影响着能级的转化效率。利用ANSYS有限元软件Hydrodynamic Diffraction模块建立了圆柱型浮子和圆锥型浮子的有限元模型,通过改变其吃水深度,分析Z方向上的激励力,判断其较优尺寸;利用两者优化后模型构建陀螺型浮子有限元模型,并进行水动力分析。研究利用ANSYS有限元软件Hydrodynamic Diffraction模块验证了陀螺型浮子的优越性,证实了此模块在水动力分析中的可靠性和为实现振荡波能发电装置的小型化密集化提供了理论依据。

机械类高职院校开展创业教育的方法和途径研究

为适应时代对人才的需求,创业教育成为高等教育的基本目标之一。创业教育的目的是培养人的创业意识、创业思维、创业技能等多项综合素质。文章结合机械类高职院校学生特点,通过对我国创业教育现状及存在问题的分析,对机械类高职院校开展创业教育的方法和途径进行了初步的探讨。

风能-流体升压节流致热效应的实验研究

依据流体节流与摩擦学原理对风能致热效应进行了研究分析与实验。在800W实验装置上,取得了3小时内工质温升近50℃的实验结果,温升曲线与理论分析计算相一致。提出的能量与换热方程,可准确预测风致热装置内工质温升并可作为其换热器的设计依据。分析指出:风力致热的能量利用率高于风力发电的值;风力致热的工质应综合考虑其粘性、定压比热、密度、节流微分效应、温度—饱和蒸汽压力值等因素后优化确定;风轮、液体泵、节流器参数的确定应兼顾额定工况风能利用率及系统的变工况性能。

电热冷联产的新压缩空气蓄能系统

提出一个将压缩空气直接在空气透平中膨胀做功发电,并产出热量和冷量的新压缩空气蓄能方法。分析了该新压缩空气蓄能系统工作的不可逆循环,并建立了仅忽略所有换热器流动阻力损失的该蓄能系统之能量转换利用率(η)计算方程式。用该方程分析研究了空气透平膨胀机与压缩机等熵效率、压缩机排气热能度、空气透平排气冷量度、换热器传热温差和空气压缩比等参数对系统η值的影响,发现空气透平等熵效率提高对η值的贡献大于压缩机效率同样提高的功效;在其它参数确定时,存在最佳压比,可使系统的能量转换利用率在该条件下达极值。分析表明:电热冷联产新压缩空气蓄能系统的能量转换利用率可达0.8左右。

基于功能性理念的3D打印设备改进设计

为提升3D打印设备的质量和工艺、优化产品功能并降低打印成本,以光固化成型工艺及设备为研究对象,结合现代设计中的功能化理念,分析设备自身固有的机械特性及运动关系,建立了增材制造工艺过程中各功能之间的关系矩阵和液滴粘结模型;解决了打印工艺过程中的关键技术问题;设计了4点调平装置,提出三维模型高效分层处理方案,研制出低成本、普及化及高效率的3D打印设备,为现代产品造型工艺提供新思路和方法。

定位误差分析与计算在机床夹具设计中的应用与研究

定位误差分析是机械设计、制造及其自动化生产中的重要环节,直接决定加工零件的加工质量和生产成本,也是制约生产效率提高的一个瓶颈问题,分析了定位误差产生的原因、定位误差的计算方法及其在典型零部件加工过程中应用,揭示定位误差存在的本质,即是由基准不重合误差和基准位移误差两方面因素共同作用的结果,为减小定位误差提供了科学的研究基础。

多尺度微纳米流道光刻压印工艺及关键技术研究

光刻压印是多尺度微纳米流道工艺设计的关键技术,依据SU8-2025光刻胶与波长为350nm^400nm之间紫外激光光化学作用产生强酸的原理,选用黏度2500cSt、最大复型高度25的SU8-2025负性光刻胶和聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)正性光刻胶,通过微纳米套刻工艺的优化,实现了多尺度微纳米流道复型压印光刻,解决了涂胶、套刻、温控、显影以及微纳米结构光学测量等关键的技术问题,提高了微纳米流道内表面的质量,为可降解血管支架的性能检测提供了新的研究思路,也为多尺度复杂异形体的复型制造研究和发展提供必要的科学依据。