Finite element modeling and analysis of planetary gear transmission based on transient meshing properties

Planetary gear trains are widely applied in various transmission units.Whether strengths of all gears are accurately calculated or not can affect reliability of the entire system significantly.Strength calculation method for planetary gear trains usually follows the method for cylindrical gears,in which the worst meshing positions for both contact stress and bending stress cannot be determined precisely,and calculation results tend to be conservative.To overcome these shortcomings,a kinematics analysis for a planetary gear train is firstly performed,in which the influence of relative speed is investigated.Then the finite element strength analysis of a planetary gear train based on its transient meshing properties is carried out in ANSYS.Time–history curves of contact and bending stresses of sun gear,planetary gears and ring gear are respectively obtained.Also the accurate moment and its corresponding position of the maximum stress are precisely determined.Finally,calculation results of finite element method(FEM)and traditional method are compared in order to verify the effectiveness.Simulation and comparison show the stability of the proposed method in this paper.Researches in this paper establish the foundations for fatigue analysis and optimization for a planetary gear train.

波纹钢腹板混凝土箱梁动力特性改善研究

以波纹钢腹板混凝土试验箱梁为研究对象,建立有限元模型,对试验箱梁的动力特性进行计算和分析,依据其动力特性的特点制定试验方案,对其动力特性进行实测。有限元分析结果和试验实测结果的对比分析表明:二者差别较小,证明了实测结果的正确性,也验证了有限元分析方法的精度和可行性。实际波纹钢腹板箱梁与一般混凝土腹板箱梁动力特性的有限元分析结果表明,波纹钢腹板混凝土箱梁扭转刚度偏低。对此提出增设横隔板改善扭转动力特性的方案。在箱梁中不同位置增设横隔板改善效果的比较表明,在端部区域适当增设横隔板对改善其扭转动力特性的效果最优。

机械弹性车轮有限元计算与试验模态的相关性研究

为了满足新型机械弹性车轮结构响应预测和动态优化设计的要求,采用有限元计算与试验测试相结合的方法对其振动特性进行了研究。通过有限元分析得到车轮结构的振动模态频率及相应的振型,结合参数灵敏度分析和试验模态对其有限元模型进行修正。基于内积相关度理论,对修正后的有限元计算模态和试验模态参数进行了相关性分析,根据两者的吻合程度,验证了有限元建模及修正分析方法的有效性;修正后的有限元模型精度得到提高,计算结果更加反映了车轮的结构特性,为机械弹性车轮结构动态优化设计研究提供了参考。

剪切机机架应力的有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件的结构分析模块对剪切机机架进行了三维应力分析,找出了其薄弱环节,并对机架应力进行实际测试,经比较,有限元分析与测试结果相吻合.

多轮盘转子系统临界转速的计算方法分析

为了保障多轮盘转子系统的稳定性,针对多轮盘转子临界转速的确定问题,分别采用了邓柯莱法,传递矩阵法和基于ANSYS的有限元法进行求解,并对所得结果进行了分析和比较。结果表明三种方法的适用范围不同,其中基于ANSYS的限元法对转子系统的临界转速的求解准确度高,计算简便,为工程上其它转子系统的临界转速的求解提供了可靠的依据。

核电站双钢板混凝土剪力墙抗剪强度研究

以核电站屏蔽厂房剪力墙为原型,对含栓钉和加劲肋的双钢板混凝土组合剪力墙进行低周往复加载抗剪试验研究.试件包含3个1︰4缩尺模型,变化参数为栓钉间距与加劲肋,分析了试件的破坏特征、承载力以及耗能情况.试验研究发现:组合墙体整体受力性能良好,具有较强的抗剪性能.通过设置加劲肋,能有效提高墙体承载能力、刚度和延性.在试验基础上进行了有限元数值模拟与参数研究,研究了混凝土强度、钢板厚度、轴压力和加劲肋设置对抗剪强度的影响程度,并初步建立了核电站双钢板剪力墙抗剪强度计算公式,为核电安全壳设计理论的建立打下了基础.

复合材料层压板低速冲击刚度退化仿真方案研究

在复合材料层压板低速冲击数值仿真中,需通过单元刚度退化模拟材料损伤。首先,改进了基于应力更新、参数折减和渐进损伤的三种刚度退化方案。然后基于ABAQUS软件VUMAT子程序,分别以三种方案进行了层压板冲击仿真。结果表明:三种刚度退化方案都可较准确地描述冲击响应特征;使用应力更新方案时,材料失效过程应力变化剧烈,计算效率低;弹性参数折减方案中,根据失效模式调整折减系数,结合粘滞规律,响应较前者平稳;渐进失效方案引入损伤变量,不但冲击响应与应力变化连续,计算效率高,而且能较好地表征材料损伤形式与程度。

抗拔桩和压顶梁对明挖地铁车站内力影响分析

在高地下水位地区修建地铁车站,往往存在抗浮问题。抗浮问题处理得当与否直接关系着地铁车站正常使用期间的可靠度。而采用不同抗浮措施会对结构内力产生不同的影响,为研究这种影响并希望从结构受力角度对车站抗浮提出一定的建议,结合一个明挖地铁车站实例,针对目前最常见的2种抗浮措施——压顶梁和抗拔桩进行数值计算,发现抗拔桩具有改善结构受力的作用,在结构跨度较大时应采用抗拔桩或者抗拔桩与压顶梁联合抗浮的措施,在结构跨度较小时,可优先考虑压顶梁抗浮。

基于等效拉杆模型的薄钢板剪力墙结构滞回性能分析

为了系统研究多层薄钢板剪力墙(SPSW)结构的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了在低周往复荷载作用下内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢梁刚度、钢柱刚度、柱中轴力等参数对SPSW结构滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响。结果表明:等效拉杆模型可以较好地模拟薄钢板剪力墙结构的滞回性能,内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢柱刚度对SPSW结构的抗震性能影响较大,钢梁刚度及柱中轴力对SPSW结构的抗震性能影响较小,但柱中轴力较大时,会导致结构过早失效。

冠脉支架体外扩张过程的有限元分析

冠脉支架植入术已成为治疗冠心病的重要手段,使用支架时,对支架有一个预压缩的过程,从而使其固定在球囊上,然后才能进行后续的扩张操作。研究利用有限元方法,在不考虑支架与血管的相互作用及承受血管内脉动载荷的情况下,模拟了三种不同材料(CoCr合金,316L不锈钢和Mg合金)但具有相同结构的支架预压缩和自由扩张的过程。通过设定有限元模型的网格,边界条件,载荷等关键因素,得出不同材料支架的变形机理,定量地比较了每种支架的径向回弹,轴向缩短等力学性能参数并预测了支架的安全系数。

某水电站泄洪洞进口边坡加固方案优化研究

某水电站深孔泄洪洞进口边坡为典型岩质开挖高边坡,其在施工及运行期的变形稳定性关系到整个工程的安全和效益。通过建立二维有限元模型,考虑边坡在施工及运行期会遇到及可能遇到的11种工况,对深孔泄洪洞进口边坡典型剖面进行变形稳定性分析,并在此基础上对该边坡的加固方案进行优化。结果表明,边坡变形满足整体要求,锚索锚固倾角为5°时为最优加固方案。

马鞍山长江公路大桥三塔斜拉桥参数分析与施工控制

针对马鞍山长江公路大桥右汊三塔斜拉桥的结构特点,建立了有限元计算模型,对斜拉索索力、混凝土箱梁板厚和桥面铺装厚度等技术参数进行参数分析,探讨了这些参数在三塔斜拉桥中的施工控制标准。计算结果表明,马鞍山长江公路大桥右汊三塔斜拉桥索力控制和箱梁板厚应制定比"施工技术规范"和"评定标准"更为严格的施工控制标准,纵向主边跨斜拉索的索力差宜控制在3%以内,不能超过8%;板厚平均超厚1cm会给线形控制带来较大的麻烦,箱梁板厚平均误差应控制在0.5cm以内。若马鞍山长江公路大桥三塔斜拉桥桥面铺装厚度平均超厚1cm,则结构应力超限,应适当调整斜拉索索力。

抓斗失效的数值分析及结构改进

长撑杆双瓣四索抓斗在抓取煤料过程中,因工作环境特殊性,使抓斗在外力的作用下产生破坏失效。文章采用有限元分析方法对造成抓斗破坏失效工况进行数值模拟,对破坏失效的原因加以分析,提出结构改进措施,并对改进后的抓斗进行仿真分析,从而给抓斗的结构设计及失效后的修理提供技术支持。

混合配筋预应力混凝土管桩抗弯刚度模型研究

混合配筋预应力混凝土管桩(PRC)是在先张法预应力混凝土管桩(PC)基础上,采用预应力钢棒与非预应力普通钢筋间隔对称布置而形成的一种新型预应力管桩.本文在受弯刚度模型试验的基础上,采用通用有限元软件对混合配筋预应力混凝土管桩的抗弯刚度进行了计算分析,通过比较开裂前刚度和开裂后刚度的有限元计算值、试验值和按现行混凝土规范公式的计算值,提出了适应于混合配筋管桩的开裂前和开裂后抗弯刚度的理论计算公式.

采油井筒内脱接器中心杆的结构优化设计

键式脱接器是大泵机械采油中的一种作业工具,主要用于井内抽油杆与抽油泵的脱开和对接。它将键和弹簧爪相结合,由上接头和下接头两部分组成,包括导向接头、弹簧爪、中心杆、锁套、锁紧螺母和弹簧等。工作时中心杆由于主要承受转矩,会出现扭断,严重影响油田的稳定生产。文中利用有限元方法分析了中心杆的应力和变形情况,进行了二次设计,得到一种新结构,并对中心杆的结构尺寸做了进一步优化设计。

新型智能隔振复合结构的动态特性研究

针对精密机械的微位移隔振问题,设计了一种以PVDF压电薄膜为作动器和传感器的新型智能隔振复合结构。根据压电方程推导出了层叠式PVDF压电薄膜作动器厚度变形量表达式,建立了该智能复合结构的隔振理论模型,采用LMS自适应控制算法,以Matlab和有限元混合建模分析方式对本智能隔振复合结构的动态特性进行研究。有限元模型的分析结果与Matlab计算数据一致,验证了本新型智能隔振复合结构对微位移隔振的有效性,其结论将为精密仪器、微纳米设备的微位移智能主动隔振奠定理论基础。

独塔混合梁斜拉桥施工控制中的参数敏感性分析

为研究施工过程中混合梁斜拉桥结构与荷载参数的变化对成桥状态的影响,以跨径为(32+50+93+260+38)m的岳口汉江特大桥为工程背景,采用MIDAS Civil有限元分析软件对其进行参数敏感性分析,研究主梁自重、斜拉索弹性模量、施工荷载、初张拉力、温度的变化对主梁线形、应力和索力的影响。结果表明:钢箱梁自重、施工荷载、斜拉索初张拉力、局部温差对成桥状态的影响较大,为敏感性参数;主梁应力的敏感参数为斜拉索初张拉力,主梁变形的敏感参数为钢箱梁自重、施工荷载、斜拉索初张拉力和局部温差,参数的变化对成桥索力影响相对较小;中跨钢箱梁的截面应力和线形变化远大于边跨混凝土,主梁下缘应力相比于上缘应力对参数变化更加敏感。

基于人工神经网络的复杂机械结构安全性分析

提出了一种复杂机械结构安全性分析的新方法,通过对其结构进行有限元分析,得到多组荷载效应,然后建立人工神经网络模型,以有限元分析结果为训练样本集,利用人工神经网络可直接进行结构的安全性分析。实例证明,该法避免了有限元分析的复杂加载和长时间运算,有效地简化了复杂结构的安全性分析问题。

磁悬浮直线开关磁阻电机的磁力分析

设计了一种新型的磁悬浮直线开关磁阻电机系统,非常有潜能适用于高精度机械加工等领域。系统结构简单、坚固耐用、可直驱运动,磁悬浮结构几乎没有机械摩擦以及由此带来机械磨损、噪声和过热等问题。为了验证设计的磁悬浮直线开关磁阻电机系统的可行性,分别采用了磁路分析法和有限元法对其电磁力进行了分析,并且通过实验进行了验证,进而提出了对磁路分析法的改进算法。分析表明,改进的磁路分析法和有限元法的计算结果都能和实验结果保持一致,为磁悬浮直线开关磁阻电机的设计优化打下了基础,可以提供有用的参考。

型钢高强混凝土短肢剪力墙节点抗震性能非线性有限元分析

在实验的基础上,通过设置合理的几何参数和材料本构模型,建立了型钢高强混凝土短肢剪力墙节点的ABAQUS非线性有限元模型,并对配钢形式、连梁线刚度、轴压比和混凝土强度等参数对构件抗震性能的影响进行了讨论。结果表明:ABAQUS软件能够准确地完成对型钢高强混凝土短肢剪力墙节点构件受力过程的模拟,峰值承载力和位移的模拟值和试验值吻合较好。参数分析显示,实腹式配钢构件受力性能优于格构式配钢构件;随着轴压比的提高,构件的峰值承载力增大而延性变差;采用高强混凝土可大幅提高构件承载力,但也会导致其延性下降,因此,建议采用强度为C50-C60的混凝土以获得较好的综合效益。