直列式四缸内燃机系统多体动力分析

以直列式四缸机构为研究对象,运用内燃机的基本理论对其进行多体动力分析,得出多体系统中机构之间的运动关系,并算出当活塞2上承受燃气力达到最大值σ=5.9 MPa时曲柄2所连曲轴处受到的冲击力为F=340kN。对内燃机系统的刚柔耦合多体动力进行分析,旨在得到系统运转过程中柔性体曲轴上最大应力节点13 230处和最小应力节点35 723处的动应力历程,同时考察最危险节点13 230处及其周围危险区域的强度和稳定性,为后续结构优化提供参考依据。

多体-离散体动力观及拆除楼房结构的切口匹配

中国拆除钢筋混凝土结构的多体—离散体动力分析是建立在多体动力方程(符号、函数)和变质量塌落动力方程基础之上,并求得方程包括解析解的全面解。应用近景摄影测量和实例的动力方程反演,获得了破损钢筋混凝土材料的塑性动力参数和结构拆除参数。利用动力方程解及其导出量的相似准则,组建了各类结构不同倒塌方式的切口相似准则公式,即楼房翻倒的单切口相似准则曲线拟合式(5)和它的另一式(6)及切口经验式(7),跨间下塌框架切口相似准则实例修正线C_(4),单切口有后坐楼房翻倒的相似准则曲线拟合式(8),高楼原地层间连续冲击塌落相似准则式(9),高楼多切口原地冲击塌落切口经验式(10),和楼房双切口同向翻倒相似准则曲线,及其它切口-楼房结构倒塌的相似准则曲线族等。类比国内46个拆除实例,从其切口相似准则曲线和实例图中,提出了我国楼房结构-倒塌方式-切口特性的拆除匹配表的楼房倒塌的判断规则,和楼房结构和切口的[λ(λ_(1),λ_(p)),η_(h)(η_(r))]坐标点在其相似准则曲线上方附近时,确定楼房倒塌的判断规则。可简便地确定各类楼房结构多种拆除方式的切口尺寸,继而以无量纲图表确定其他拆除效果。由此,使用多体动力学切口控拆技术(MBDC),可以实现对楼房爆破拆除的简便、准确地拆除控制。

NURBS高阶面元法在多体水动力分析中应用

当位于海上的多个浮体距离相近时,它们间将产生显著的水动力相互作用。使用NURBS(非均匀有理B样条)高阶面元法进行多体水动力分析,速度势用任意阶的B样条函数近似,物面用NURBS曲面表示,由于水动力与几何表示相分离,就可以方便地实现计算机辅助设计与水动力分析的集成。对截断圆柱与椭球间的水动力相互作用和半潜式平台与箱型驳船间的水动力相互作用的计算显示此种方法可以对多体间的水动力相互作用给出准确的分析,计算时间和占用内存大幅减少。

基于预修正快速傅里叶变换方法的多体水动力分析

海上多个浮体相距较近时,浮体间将产生显著的水动力相互作用。对于结构复杂、尺度巨大的浮体,采用常用的面元法进行多体水动力分析,需要占用大量的计算资源。采用预修正快速傅里叶变换(pFFT)方法进行了多体水动力分析。圆柱与椭圆半球间以及张力腿平台(ISSC TLP)与箱形驳船间的水动力相互作用计算结果表明,采用pFFT方法,计算时间与占用内存大幅度减少,这使得在PC机上进行多体水动力分析成为可能。

负荷突降工况柴油机曲轴应力多柔体动力学分析

通过仿真试验对负荷突降和转速上升2种工况下曲柄销中心和主轴颈中心处的应力情况进行定量分析,并对应力图谱进行分析。利用Pro E软件对柴油机运动部件进行三维建模,并对其进行组装配置。基于有限元软件ANSYS建立曲轴的三维模型,对曲轴的模态进行分析,进而形成曲轴的多体动力学模型。利用ADAMS平台建立柴油机运动模型,通过施加约束、运动和载荷,最终形成柴油机的虚拟样机试验平台,得到相应工况下的应力图谱,并加以分析。

基于多体分析的浅水FPSO和水下软钢臂系泊系统运动特性研究

基于多体动力分析方法进行FPSO和水下软钢臂系泊系统的运动特性研究。相较于非线性弹簧模拟软钢臂系泊系统或者其他近似模拟方法,多体分析方法可以充分考虑系泊系统具体结构形式及其动力项对FPSO运动性能的影响,更好的预报系统运动响应和系泊力。本文将FPSO和水下钢臂结构模拟成2个具有6自由度的独立结构,两者用系泊链组进行连接。基于三维势流理论应用汇源分布法,首先在频域内进行FPSO的水动力参数分析,进而在时域内对系统进行耦合动力分析。本文重点讨论系泊系统黏性力和二阶波浪力对系统响应的影响,计算结果发现系泊系统黏性力对系泊力有一定影响,而在浅水条件下二阶波浪力的计算对准确预报系统运动及系泊力非常重要。

基于FPSO-水下软刚臂-锚缆多体的FPSO限位作业分析

针对浮式生产储油卸油装置(FPSO)限位作业时的动力响应特性和环境参数敏感性,以FPSO限位作业为背景,考虑不同的海洋环境参数及系泊限位方式,采用时域耦合动力分析方法,建立FPSO-水下软刚臂-锚缆耦合动力分析模型,计算分析单点系泊系统的耦合刚度及FPSO系统的动力响应,并分析动力响应对不同环境参数的敏感性。结果表明,文章提出的作业限位方式是可行的,最危险的海况为侧向波流作用情况,动力响应对于海流、谱峰周期及风速最为敏感。

内燃机机体噪声特性的数值仿真分析

结合多体动力学仿真技术与有限元法(FEM)和边界元法(BEM)对一台4缸发动机的机体噪声辐射进行了预测.建立了一台4缸4冲程柴油机曲柄连杆系统的多体动力学模型,通过多体动力学仿真的方法,求解出活塞、连杆、曲轴系统在工作过程中对机体的激励.利用有限元法求解出主轴承作用力、活塞侧向力和在燃烧激励作用下的机体振动特性.建立了机体噪声辐射的边界元模型,利用边界元技术对机体的辐射噪声进行了求解.并根据仿真分析的结果对机体的外声场的噪声特性进行了研究.研究表明,机体裙部的刚度是影响内燃机噪声辐射的重要原因.

轨道不平顺对悬挂式货运单轨车辆动力行为影响分析

建立了悬挂式货运单轨车辆60自由度动力学模型。使用模态方法研究了悬挂式货运单轨车辆的主要振动频率和相应的敏感波长,使用非线性积分方法计算了悬挂式货运单轨车辆在轨道不平顺作用下的动态响应。结果显示:在车速15~30 km/h范围内,悬挂式货运单轨车辆横向振动主要受波长在13.44~26.88 m范围内的不平顺的影响,垂向振动主要受1.46~3.36 m范围内的短波不平顺影响。轮轨导向力随横向不平顺幅值的增大而线性增大,然增幅不明显。车体垂向加速度和轮轨垂向力随垂向不平顺幅值的增大而线性增大,其中短波不平顺的影响最明显,短波不平顺幅值从1 mm增加到4 mm,车体垂向加速度幅值从0.58 m/s 2增加到2.1 m/s 2,在工程实际中,应重点对走行面上的短波不平顺进行监测和控制。

某汽油机缸体珩磨避让坑加深的可行性分析

由于汽油机需要增加排量,缸孔加深5 mm,珩磨过程中,探头需要向下深入5 mm。为了有效避让加工刀具,缸体下端的避让坑需要沿主轴承盖方向加深5 mm。设计人员无法确定该项变化是否会造成缸体强度下降。分析人员应用CAE工具,建立曲轴连杆系统的多体动力学模型,提取主轴瓦上多个角度下的动力学载荷,与缸盖螺栓预紧力、轴瓦过盈量等载荷一起作用到有限元模型上,用以考察缸体的强度。分析结果表明,缸体强度满足要求,经过优化的缸体顺利通过可靠性试验,验证效果良好。

同步带带齿啮合应力仿真与分析

同步带材料复杂、形状复杂等因素,造成其在正常运行时有复杂的力学行为。这些因素导致对带齿切向负载进行理论计算困难,为解决这一问题,提出一个用于计算带齿与带轮啮合部分受切向压力的矩阵模型。矩阵模型中采用弹簧替代同步带与带轮之间接触,对同步带进行离散化处理,分离为独立带元。采用多体动力学软件RecurDyn对同步带传动系统进行仿真,验证模型的正确性。结果表明,计算结果与仿真结果在啮合部分带齿受切向压力较大的首尾处结果相近,啮合中间部分受切向压力较小处存在一定误差。该矩阵模型相对于其他方法计算量较小,解决了带齿切向压力计算困难的问题,为同步带选型和设计优化提供了理论基础。

发动机平衡轴壳体结构分析及优化

针对某四缸发动机平衡轴壳体在发动机台架试验时出现断裂的问题,基于建立的平衡轴总成三维模型,对平衡轴总成进行了模态分析,得到了壳体1~6阶模态频率;以多体动力学分析得到的壳体受力作为边界条件,对平衡轴壳体进行了强度及疲劳分析,得到了壳体4种加载工况下的应力分布规律,应力值最大加载工况下壳体的疲劳寿命和安全系数;确定了壳体断裂原因为疲劳失效。基于非支配分类遗传算法的多目标优化方法,以疲劳寿命、安全系数和壳体质量为目标对壳体进行了多目标优化,改进了壳体结构,有效地提高了壳体的疲劳寿命和安全系数,解决了平衡轴壳体的断裂问题。

断路器机构系统等效动力学建模与仿真分析

为提高断路器工作的可靠性与机械寿命,研究机构系统动力学特性。建立了断路器合闸过程等效动力学模型,分析机构系统的机械特性与主要结构参数之间的关系。利用ADAMS仿真分析软件建立机构系统合闸过程仿真模型,并进行仿真分析。为确定仿真模型的有效性,对机构系统的运动学参数进行实验测量。研究及应用结果表明:等效动力学模型用于产品设计的改进是有效的,改变约束参数可以实现系统的优化设计。

基于RecurDyn的汽车发动机正时带传动系统多体动力学仿真

基于多体动力学软件RecurDyn平台,结合某款汽油发动机正时带传动系统的布局设计参数,建立了该正时带传动系统的多体动力学仿真模型。通过理论与仿真计算,分析了带轮与正时带的静态接触力误差产生的原因,研究了正时带张力与传动误差的变化规律,并通过频域分析,分析了啮合频率与激励频率的响应特性。研究结果表明,基于RecurDyn的正时带传动系统多体动力学仿真技术可以为正时带传动系统的动态特性分析与性能评估提供一种有效可靠的研究方法。

沙漠履带式运输车通过性仿真与试验

为提高沙漠地区车辆运输车能力,通过对沙漠土壤参数和履带车辆在松软地面通过性理论的分析,设计一种配备三角履带板的LY352J型沙漠履带式运输车。该车能够进行人员物资运输、车辆牵引、绞盘牵引作业,主要由三角履带板、绞盘和驾驶室等关键部位组成。通过理论分析和计算,确定各关键部件参数及沙漠履带式运输车在沙漠松软地面下的牵引通过性,应用Creo软件建立该履带车辆的虚拟样机模型,并采用RecurDyn(Recursive Dynamic)动力学仿真软件对车辆履带的最佳张紧力选择、直行、爬坡、转弯进行模拟仿真。结果显示,车重45%的条件下履带最佳张紧力为26.46 kN,能够保证车辆运行平稳且各项性能良好;上坡仿真得到的最大坡度为30°;转向动力学仿真中,车辆在路面上的转向稳定性较优,但在转弯时车辆容易失稳,会出现横向倾斜。最后在试验场地对试验样机进行直行、纵向爬坡和转向试验,验证该车型在沙漠地形实际行走时具有良好通过性能,能够克服轮式运输车在沙地沉陷的弊端,可满足现阶段沙漠地形运输作业的需求。

纯电动汽车脉冲激励下残余振动的多目标优化

利用Adams/Car软件建立某电机后置纯电动汽车的整车虚拟样机模型,并展开对电动汽车过坎冲击残余振动问题的研究。建立一个新的优化目标—振衰度来表示残余振动的大小,并利用Isight集成Adams/Car、MATLAB模块对残余振动进行两次优化目标不同的优化。首次优化目标是振衰度和后座椅垂向加速度峰值,第二次优化目标是后座椅垂向加速度峰值,并将两次优化结果作对比。仿真结果表明,首次优化目标对残余振动优化的效果好于第二次,说明新建的优化目标—“振衰度”能较好地衡量残余振动衰减速度的快慢,以此为优化目标对残余振动优化效果较好。

小型山地履带拖拉机爬坡越障性能分析与试验

小型山地履带拖拉机(简称山地拖拉机)在田间行驶时,常遇到台阶、砖头、石块、田埂等障碍,严重影响其通过性及稳定性,进而引发侧滑甚至倾翻等安全问题。为此,选取最难跨越的台阶作为研究对象,对山地拖拉机爬坡越障性能进行研究。首先,对山地拖拉机爬坡时跨越台阶的运动过程进行分析,得到求解最大越障高度的计算公式;然后,基于多体动力学分析软件RecurDyn进行了正交和单因素变量仿真试验,仿真结果表明:越障速度、坡度角和拖拉机质心位置均显著影响山地拖拉机的最大越障高度,增大越障速度和质心支重轮距、减小坡度角和质心高度均可提高山地拖拉机的爬坡越障性能;最后,基于自主设计的山地拖拉机进行了爬坡越障田间试验。结果表明,在速度1.6 km/h、坡度角为0°~15°工况下,试验结果与理论计算及仿真试验结果基本一致,理论计算与仿真试验的最大相对误差分别为5.17%、6.47%;在坡度角大于15°工况下,理论计算与仿真试验最小相对误差分别为13.25%、19.21%。说明所得到的山地拖拉机最大越障高度计算公式及仿真模型在坡度角为0°~15°时有效。

基于Recurdyn的可变径攀登平台的最大受力仿真与分析

风塔塔筒表面不平的缺陷是造成攀爬平台受力畸变的主要原因。受力畸变的情况下,如何找到最大受力成为难题,如果不能解决这个问题后续结构分析将无法进行。针对此问题,对设计的一种可变径风塔攀登平台进行了多体动力学仿真,对所有可能受力的情况进行了分析,并进行了排列组合和必要的推论,最后用Recurdyn对推论加以仿真验证,得出了攀登平台桁架之间受力最大的情况,分析出了最大节点受力值。分析的过程和结果给进行类似分析的学者提供了参考。

一种机载球形转台的设计与分析

为了使得无人机载转台拥有更小的体积和质量,提出了一种新型机载球形转台的设计,该转台采用压电装置作为驱动源,取代了传统的电磁电机,并且替换了传统的串联驱动方式而采用了结构较为紧凑的并联驱动方式,从而达到了缩小转台体积,减少转台质量的目的。转台方位轴和俯仰轴的转动分别由一对驱动足独立驱动,以实现转台对目标的跟踪。将转台的数字化模型导入到Adams中进行多体动力学仿真,结果表明转台可以实现多方位旋转,符合预期。采用了Creo4.0软件对球形转台进行了建模,在给模型赋完材料后显示,该球形转台与拥有相同驱动力矩的电磁电机相比,质量减小了48%,体积减小了将近29%。将球形转台的有限元模型简化并导入ANSYS中进行模态分析,结果显示该球形转台的前六阶固有频率在1k Hz到10k Hz之间,而工况中干扰频率在100Hz以下,因此不会产生共振情况,而且各振型中最大形变量符合国家标准,保证了该转台的刚度。该球形转台的设计对同类转台的设计提供了借鉴。

大传动比混合式行星减速器的优化设计及动态分析

运用传统方法完成了某型海上钻井平台升降机构齿轮减速箱的总体结构设计,再运用分枝界定算法对齿轮模数、齿数进行离散优化,最后通过多体动力学仿真对优化方案的动力学特性进行了分析。