超短筒谐波齿轮柔轮筒底负载应力研究

为了揭示负载状态下超短筒柔轮筒底应力的分布规律,提出了柔轮筒底负载等效应力的理论计算方法。将柔轮筒底简化为中心固支圆板,建立了波发生器作用下柔轮筒底的弯曲对称变形模型,求解由装配变形引起的弯曲正应力和剪应力及负载转矩作用下的剪应力;基于Mises屈服准则,获得柔轮筒底负载等效应力的理论表达式;建立有限元模型,对柔轮筒底装配和负载应力的理论解进行数值验证。研究表明,弯曲径向正应力为柔轮筒底装配应力的主要应力;额定转矩作用下的柔轮筒底剪应力在45°处最大;随着负载转矩的增大,最大剪应力逐渐过渡到固定端,等效应力在固定端均匀分布;在瞬时容许最大转矩时,剪应力为筒底负载等效应力的主要应力。研究可为柔轮筒底强度设计提供指导。

三圆弧谐波齿轮空间齿廓设计与扭转刚度的有限元仿真

为评价齿廓方案的负载传动性能,提升负载传动能力,建立有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)仿真模型,揭示了输出端扭转刚度与负载啮合特性的关系。构造三圆弧柔轮齿廓,调整柔轮齿廓的径向变位系数,使柔轮齿廓啮合运动的外包络重叠量最小化,并基于外包络用包络法设计了三圆弧平面齿廓刚轮;在多个横截面内构造径向变位的三圆弧柔轮齿廓,在有限元环境下轴向放样生成柔轮空间齿廓,建立了包含平面齿廓刚轮、空间齿廓柔轮和波发生器外圈的有限元仿真模型;固定刚轮,对柔轮杯底法兰施加不同幅值和转向的负载转矩,仿真计算了啮合力分布与扭转刚度滞回曲线;通过建立啮合齿数与刚度特性的关系,揭示了扭转刚度特性与齿面啮合特性之间的关系。仿真结果表明,啮合齿数与扭转刚度成正相关;使用可测量的扭转刚度迟滞曲线,可以估算啮合齿数等不可测量的啮合特性。

三圆弧齿廓谐波齿轮的负载啮合性能仿真

为揭示负载工况下谐波齿轮传动的多齿啮合状态,提升负载传动性能,建立三圆弧空间齿廓实体单元谐波齿轮有限元模型。定义柔轮与波发生器、齿面间的面-面接触关系,对刚轮施加逐步增大的转角位移,模拟空载、额定转矩至瞬间容许最大转矩时齿面的啮合状态,提取轮齿啮合力和齿面接触压力大小及分布;分析不同工况下轮齿啮合力周向分布和齿面接触压力的变化规律,评估柔轮齿向修形的三圆弧空间齿廓谐波齿轮的负载啮合性能。结果表明:三圆弧空间齿廓在波发生器的长轴区设置最小初始侧隙,形成的凸-凹啮合区可以以更低的接触压力承载更大的负载转矩;利用齿向修形设置从中截面向后截面逐渐增大的初始侧隙有利于形成轴向更宽的齿面接触区;随负载增大,最大啮合力向长轴右侧偏移,右侧啮合力增幅快,呈平台分布;最大接触压力沿周向呈3个峰值分布,且最大值发生在有波发生器径向支撑的中截面,可有效增加负载刚度,提升承载能力。

谐波齿轮大变位柔轮滚齿成形机理及误差分析

文中基于滚齿仿真计算研究大变位齿轮成形机理,分析柔轮齿面理论加工误差值及产生原因,为滚齿工艺参数选择提供指导,以改善大变位柔轮滚齿精度。建立滚刀系列切削刃参数化方程,并结合滚齿参数及滚齿时滚刀和工件相互运动关系建立变位齿轮滚切成形数学模型,基于滚齿多刃切削成形特征建立齿面理论加工误差评价模型进行滚齿加工误差仿真计算,还进行了滚齿加工试验验证仿真计算的正确性。对大变位柔轮滚齿成形过程及产生的齿面拓扑误差、齿形和齿向误差进行仿真计算发现:增大滚刀长度可有效减小因齿顶处切削不足而产生的加工误差,计算得到完全切削的滚刀最小长度;减小滚刀轴向进给量可显著减小齿面误差,计算得出齿向误差最大值与滚刀轴向进给量的关系曲线。

成型滚刀误差对谐波齿轮大变位柔轮精度影响

开展成型滚刀误差引起谐波齿轮大变位柔轮加工误差的仿真计算,定量分析滚刀误差对柔轮几何精度的影响,以更好地控制滚齿精度而提高柔轮的加工质量。建立综合考虑滚刀齿形误差、切削刃螺旋线误差和滚刀径向圆跳动误差的成型滚刀误差模型,进行大变位柔轮滚齿仿真及理论加工误差计算,分析滚刀误差对大变位柔轮齿形误差、基节误差的影响。经研究发现,滚刀切削刃螺旋线误差引起的柔轮齿形误差和基节误差均较大,引起的基节误差值与滚刀切削刃一转内螺旋线误差值大致相同;滚刀齿形误差和径向圆跳动误差对柔轮基节误差影响非常小,滚刀径向圆跳动误差引起的柔轮齿形误差平均值约为滚刀跳动值的40%。

纤维缠绕厚壁柱形压力容器的应力和变形

研究了各向同性材料内胆对称缠绕纤维的厚壁圆柱形容器在内外压力作用下的变形和应力。采用正交各向异性本构关系和轴对称厚壁筒理论,利用解析方法获得了纤维层和内胆的变形和应力,以及纤维方向的应力;对壁厚较厚和不同缠绕角,更准确地揭示纤维向应力和内胆应力。比较了分别用玻璃纤维环氧和炭纤维环氧缠绕铝内胆和钢内胆的容器在内压作用下,不同缠绕角方案中内胆和纤维向应力分布。研究表明,壁厚对不同缠绕角容器的应力和变形影响不同,总体影响较小;从降低内胆的等效应力和充分发挥纤维纵向强度角度看,炭纤维缠绕铝筒最好;横向强度和剪切强度是缠绕复合材料容器的主要控制参数,缠绕工艺需要提高这些指标以充分发挥纤维纵向强度。

埋设悬跨海底管道的屈曲分析

考虑海床刚度,研究了埋设悬跨海底管道在热膨胀引起的轴向压力下的屈曲问题。传统方法是将悬跨管道简化为两端简支或者两端固支梁来处理。基于欧拉-伯努利梁理论,考虑线弹性海床刚度和轴向压力,建立并求解了埋设段管道和悬跨段管道在自重作用下的四阶常微分方程,获得了两段管道的静挠度和内力的解析公式。通过对静挠度的特性分析,给出了埋设管道段和悬跨管道段的稳定性判断准则。

圆柱形厚壁缠绕件的环向缠绕张力分析的逐层叠加法

为实现不同梯度剩余张力的缠绕张力设计,揭示缠绕过程中的张力变化规律,提出逐层叠加法,研究可变形厚壁筒上环向缠绕张力与剩余张力之间的关系。基于不同材质的双层筒在外压作用下的变形和应力,获得剩余张力下降量与缠绕张力的积分关系,计算各层缠绕张力产生的外压引起内缠绕层环向应力的下降量。进而给出剩余张力函数,获得线性锥度缠绕、等张力缠绕和等力矩缠绕条件下的剩余张力解析公式。将缠绕张力与剩余张力的积分关系式化为微分方程,求解出缠绕后等剩余张力的缠绕张力解析公式。通过钢带缠绕容器和有芯模的纤维缠绕筒的等张力设计对比研究表明,该文解析公式给出的张力设计方案与现有文献完全吻合。文中模型从理论上很好地解决了柱形缠绕件的环向缠绕张力分析问题,适用于各向同性材料厚壁筒和纤维缠绕薄壁筒的缠绕分析和设计。

刚性圆柱上环向缠绕张力的分析与设计

为解决环形缠绕层的剩余缠绕张力的分析和设计问题,根据各向同性材料三维本构关系,考虑环向缠绕张力对已缠绕层张力产生的放松量,研究刚性圆柱上环向缠绕层内张力分布的解析解。建立环向缠绕张力与缠绕后剩余张力分布的关系,以及由给定缠绕张力确定缠绕后剩余张力分布的微分方程。提出了由给定剩余张力分布计算缠绕张力变化规律的计算方法。计算获得等张力、等力矩和锥度张力条件下缠绕后剩余张力分布的解析公式,得到缠绕后等张力分布和拆除模具后零张力分布的缠绕张力解析解,以及实现均匀径向应变分布的缠绕张力。与现有文献相比,该模型对缠绕层的张力放松分析更合理,研究结果可用于刚性圆柱形芯模上的剩余缠绕张力分析和缠绕张力设计。

海洋石油管道单点提升分析

基于管道微单元体平衡建立了海管单点提升的非线性力学模型的控制微分方程组 ,使用变弧长的无量纲代换将动边界问题化为固定边界的两点边值问题 ,利用Maple环境下编制的两点边值问题的打靶法程序得到了该问题在各个提升阶段的数值解答和在单点提升过程中管道的极限弯矩约为 0 .71q1 3(EI) 2 3。

超短筒杯形和礼帽形谐波齿轮柔轮筒底应力的几何参数敏感性分析

随着谐波齿轮长径比的减小,柔轮筒底的应力会急剧上升。为降低超短筒柔轮筒底应力,建立参数化杯形和礼帽形柔轮实体有限元模型,分别计算了装配状态和负载工况下柔轮最高应力及其分布规律。对比计算长径比、膜板宽度和倒圆半径等几何参数对柔轮筒底最高装配应力和负载应力的影响规律。研究发现,超短筒杯形柔轮适用于小负载传动,超短筒礼帽形柔轮更适用于大负载传动;礼帽形柔轮更易于通过增大膜板宽度减小筒底应力。

ANSYS对钢筋混凝土梁的非线性分析

讨论了在大型有限元软件ANSYS中用于混凝土材料的Solid65单元,介绍了混凝土和钢筋共同工作时的建模方法及相互连接的处理,利用Solid65单元对钢筋混凝土简支梁进行了分析。分析表明,用Solid65单元模拟钢筋混凝土材料所得到的结果,能较好地反映钢筋混凝土梁的非线性力学特征。

基于插值函数的海底管道多点提升分析

建立海管多点提升的力学模型,用多项式插值得到各种提升状态下的变形和内力.和现有方法相比,该法编程简单,易于实现,能满足工程的计算精度.

线弹性土壤中埋设悬跨管道的屈曲分析

建立了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨管道的屈曲方程。利用细长梁小挠度理论,建立了含有轴向压力的悬跨段和埋设段管道的弯曲控制方程。基于埋设段管道的刚度和变形特性,建立了符合悬跨段管道实际情况的边界条件。导出了悬跨段管道对称屈曲和反对称屈曲的屈曲载荷方程,通过数值求解给出了不同土壤刚度系数条件下悬跨段管道屈曲载荷。研究表明:悬跨段管道的屈曲载荷系数依赖于土壤刚度系数,简支梁模型只在特定的土壤刚度系数下适用于悬跨管道;在土壤刚度系数很大时,两端固支梁模型才能反映悬跨管道的屈曲特性。建议采用该方法进行埋设悬跨管道的屈曲分析。

线弹性土壤中埋设悬跨管道的弯曲和振动特性

利用细长梁小挠度理论,研究给出了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨段管道和埋设段管道在自重作用下的变形和内力公式。基于静挠度公式,用能量法给出了第一阶弯曲振动的固有频率公式。讨论了不同土壤刚度条件下悬跨段管道的变形和内力特征,以及第一阶弯曲振动固有频率,并和工程上推荐使用的简支梁和两端固支梁的静动态特性进行比较。研究表明在跨度大、土壤刚度大、管道弯曲刚度较小时无量纲土壤刚度系数较大,埋设段管道对悬跨段管道的刚度约束比较大,悬跨段管道可以近似按两端固支梁模型来模拟;反之,只有在土壤刚度系数较小的几个参数点上,悬跨管道的静动力特性等价于简支梁模型。

考虑海床变形的裸露悬跨海底管道静力分析

针对裸露悬跨海底管道,考虑线弹性海床刚度,利用梁的小挠度理论,研究管道在自重作用下的变形和内力,推导给出了未脱离海床的管道段和悬跨管道段的变形和内力公式。在跨度较大的悬跨情况下,悬跨管道段较大的向下弯曲变形可能引起海床上管道脱离海床而翘起。建立管道翘起的判定准则,对于翘起情况推导相应的计算公式,通过算例给出翘起情况下管道的变形和内力。通过计算分析发现:工程上多数悬跨是翘起情况,没有翘起的计算公式只适应于跨度较小的悬跨管道。同时翘起情况下不同海床刚度对悬跨管道无量纲内力影响不大。

代数系统Maple在力学教学中的应用探讨

计算机代数系统在力学教学中应用非常普遍.摘录Maple在理论力学、材料力学、弹性力学和有限元中的应用,以简便地完成模型求解和结果处理.并扩展到备课、讲课和课后作业演练等环节,提供最大限度地计算支持.将其引入力学教学,引导和培养学生利用数学工具的习惯和能力,强化算法设计和程序的通用性和灵活性,为处理复杂问题提供帮助.

超短筒谐波齿轮柔轮变厚度杯底的结构最优化设计

为降低超短筒柔轮的杯底应力,提出基于变厚度杯底的结构优化模型。建立实体单元参数化杯形柔轮模型,计算椭圆波发生器作用下的装配应力;在齿圈中面施加啮合力,求解传动状态的负载应力。通过对装配状态和负载工况下杯底最高应力的参数敏感性分析,找到降低应力的结构参数;提出用三次样条函数表达变厚度杯底的柔轮参数化模型,并编写复合形法APDL优化程序进行杯底断面形状优化,以继续降低杯底应力;应用ANSYS内置的零阶和一阶优化程序对装配应力优化结果进行验证。研究发现:超短筒柔轮的杯底最高应力远超规范规定的齿圈应力值;通过变厚度杯底设计和减小杯底倒圆半径,可降低最高装配应力和负载应力。

谐波齿轮柔轮中面曲线的几何特征拟合表达

为了减少现有力学小变形假定下通过位移叠加表达导致的轮齿定位偏差,以长轴具有等曲率圆弧的凸轮波发生器为例,提出包角内利用凸轮等距线确定中面曲线,包角外利用两端斜率和曲率连续性条件,并考虑变形前后曲线的弧长增量等于周向力引起的伸长,构造以样条函数表达的柔轮中面曲线。在有限元环境中建立圆环与双偏心圆弧凸轮波发生器的接触模型,对位移叠加表达的柔轮中面曲线和本文的几何特征拟合的表达结果,利用有限元模型在小变形和大变形求解条件下进行数值验证。认为有限元模型在大变形求解条件下的非线性结果更符合实际,并以其为准则计算各方法的结果偏差。算例表明现有基于小变形的理论解和有限元的小变形数值结果均与更贴合实际的大变形结果存在较大偏差。在30°包角模型中本文方法的极角偏差降低了约0.006°,极径偏差降低了约0.013 mm。本文方法在模型包角在25°~65°之间时更贴近实际,且易于实现,消除了几何大变形、接触非线性和中面伸长等因素对中面曲线表达的影响,为谐波齿轮齿廓设计提供更准确的轮齿定位。

海底管道离地点的接触条件探讨

海底管道的铺设分析和提升分析都用到管道和海床之间的接触条件,这个同时含有挠度、转角和弯矩的接触条件,在一般的力学模型中是很难理解的.考虑海床变形,通过海床和管道的变形分析,给出这种接触条件的真实背景和使用条件.