考虑结合面特性影响的机床整机有限元静力学分析模型

针对机床数字化设计中典型结合面建模精度误差较大的问题,提出了一种采用虚拟材料等效结合面静力学特性的方法,建立了考虑结合面特性影响的机床整机有限元静力学分析模型,并完成了相应的静刚度测试实验。首先,综合考虑了弹塑性变形机制和摩擦力的影响,提出了一种新的结合面法向和切向刚度的分析模型;其次,根据不同类型结合面的特点,采用虚拟材料模拟结合面的刚度特性,建立了刚度特性与虚拟材料弹性模量和泊松比的关系,并将其应用于精密数控机床整机的静刚度分析;最后,开展了整机工艺系统的静刚度测试实验,得到了主轴末端X、Y、Z三个方向的刚度分别为26.60 N/μm、41.87 N/μm和40.17 N/μm,并将其与仿真数据进行了对比。研究结果表明:不考虑结合面影响的模型相对误差将近17%,而考虑结合面影响的模型相对误差在5%以内,验证了考虑结合面特性影响的机床整机有限元静力学分析模型的有效性;采用虚拟材料等效结合面静力学特性的方法可作为机床数字化设计的一种可行的方法。

结构动力学有限元模型修正的目标函数及算法

结构动力学有限元模型修正是结构动力学领域的一个热点问题,回顾了结构动力学有限元模型修正研究的发展历史和现状,简要评述了结构动力学有限元模型修正所使用的设计变量,着重阐述了各种结构动力学有限元模型修正方法中所使用的目标函数及修正算法,讨论了工程结构动力学有限元模型修正的一些策略,最后对结构动力学有限元模型修正技术的发展进行了总结和展望。

基于动力学有限元模型的多跨转子轴系无试重整机动平衡研究

针对多跨转子轴系现场动平衡需频繁启停机的问题,结合影响系数平衡法和模态振型平衡法特点,提出一种新的基于动力学有限元模型的轴系无试重整机动平衡法。综合转子动力学相关理论和有限元技术,通过仿真构建与轴系结构尺寸和运行参数相符的转子动力学有限元模型。采用柔性转子共振分离原理,分析轴系振型和不平衡振动阶次以确定各跨转子加重平衡平面数和位置,分别在各跨转子平衡位置处施加不平衡激励,获取轴系平衡转速下各振动测点处不平衡响应,计算出相应的加重影响系数,从而取代轴系现场动平衡中需要多次启停机试重测取过程。然后采用最小二乘法通过解平衡矢量方程组得到轴系所需的平衡配重。最后以模拟百万兆瓦超超临界汽轮机的四跨五支承柔性转子轴系试验台为例,应用该方法开展了2700 r/min转速下轴系四个平面同时配重动平衡试验,单点降幅最高达53%,实现了无试重下柔性转子轴系整机动平衡,可有效减少因盲目试重次数,节省平衡费用和周期。

基于人体生物力学有限元模型的约束系统参数优化

建立了人体胸部生物力学有限元模型,通过肋骨三点弯曲试验和胸部碰撞块冲击试验验证了模型的有效性。通过实车正面碰撞试验获取车身加速度,建立约束系统有限元模型,根据实车试验条件进行碰撞仿真,获取胸部压缩仿真曲线及心脏、肺部和肝脏等胸腹部器官压力。针对乘员生物力学约束系统有限元模型,采用最优拉丁超立方试验设计方法采样,结合采样数据构建响应面近似模型,利用退火算法对汽车乘员约束系统进行了优化设计。优化后的仿真结果表明,正面碰撞中,乘员胸部压缩量减小,心脏、肺部和肝脏等胸腹部器官压力相对降低。

平面柔性梁有限元动力学模型

提出一种在绝对坐标系中建立小应变有限转动平面梁动力学方程的有效方法。梁的位移用统一的绝对坐标描述 ,把位移分解成变形和刚体位移。根据哈密顿原理建立小变形小应变梁有限元动力学方程。该法用于多柔体系统动力学建模具有简洁、易于编制通用程序特点 ,数值示求解不存在严重的病态 ,算例表明方法有效可靠。

CD法隧道开挖阶段模型及中隔壁形状性能研究

为研究CD法暗挖隧道开挖阶段初期支护受力状态,分析弧形、折线形、直线形中隔壁形状对其受力的影响,本文以某地铁工程为依托,考虑围岩的弹性抗力,建立Midas平面杆系有限元模型,分施工阶段进行分析比较。得出中隔壁形状会影响初期支护的力学状态,弧形中隔壁时初期支护内力分布最合理,在黏质粉土地层,三种形状均能满足开挖阶段受力要求。通过现场试验数据分析,验证结论的合理性,得出在一定条件下,黏质粉土地层CD法隧道可以采用直线形中隔壁代替弧形中隔壁,制作安装简便快捷,可重复使用,开挖方便易控制,加快施工进度,节约工程成本。

双腔颚式破碎机机架的有限元分析

以2PE250 mm×750mm双腔颚式破碎机为例,通过合理确定机架的边界条件和受力状况,运用有限元分析软件ANSYS,建立了双腔颚式破碎机机架的有限元力学模型.分析了应力、应变、位移的变化规格,揭示了机架的力学行为,从而对双腔颚式破碎机机架的结构设计和结构优化具有重要指导意义.

气体钻井井斜有限元岩石应力分析

气体钻井易井斜,钻井施工主要通过调整钻具组合和钻井参数进行轨迹控制,然而在高陡构造地区,气体钻井井斜变化严重超出井身质量控制要求,为后期作业带来了严重影响。因此,气体钻井井斜变化必须考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定程度的影响,而现有的数学模型复杂,计算量大,不能真实地模拟井下钻井的力学变化。为此,利用有限元理论,建立了实体三维力学模型,可以充分考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定性的影响进行Von-Mises应力计算,根据地层应力值的变化,可以直观地分析出气体钻井井斜规律。通过对该模型力学计算结果的分析表明:在相同地层倾角和岩石强度下,气体钻井井斜幅度大于钻井液钻井的井斜幅度,井壁更不稳定,钻井时更易出现井眼扩大现象;当地层倾角小于45°时,井斜具有上倾趋势;地层倾角等于45°时,井斜趋势不明显;地层倾角大于45°时,井斜具有下倾趋势。

有限元分析软件在过盈配合联接安全核算中的应用

ANSYS有限元分析软件正在被广泛应用于机械行业、岩土工程、电磁场分析、热力学分析以及流体力学等各个领域 ,由于其分析速度快、精度高、使用方便而成为当前国际有限元分析的主流软件。本文以标准直齿圆柱齿轮和轴的过盈配合为例 ,说明了 ANSYS有限元分析软件在过盈配合联接安全核算中是可以适用的。文中对过盈配合联接中有限元分析力学模型的建立、单元型式的选取、分网精度的确定以及加载方式等 ,提出了自己的见解 。

大型振动筛有限元模态分析

运用有限元软件ANSYS建立了大型振动筛整筛有限元模型,并对整筛动态特性进行分析,确定大型振动筛结构振动特性,对结构的刚度和质量分布进行调整,避免结构在外部作用激励下发生共振。

工程建设中裂隙岩体的三维非线性有限元分析

讨论了天然裂隙岩体的机械力学问题及其应力—应变关系的非线性性质。通过对岩体非线性问题分类的研究,阐述了建立相应非线性有限元力学模型及其求解一系列线性问题解的基本思路——常刚度迭代法、割线变刚度迭代法、切线变刚度迭代法、Newton-Raphson法等一系列线性解的迭代过程。

基于有限元分析水文条件对公路高边坡坍塌病害的影响

结合呼集高速公路K368处边坡破坏的实际情况,分析确定了边坡排水不畅是边坡破坏的主要原因,同时采用有限元建模计算的方法,建立了考虑边坡地面水渗流与否两种模型,通过计算得出的结果与边坡滑塌的实际情况高度一致,从而确定了该种情况下边坡病害的治理方案和该地区新建项目边坡防护的指导思路。

振动切削刀杆参数化有限元设计研究

基于振动切削刀杆的结构特点,从其动力学问题的基本方程出发,建立了三阶梯对称刀杆的参数化有限元动力学模型;利用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言APDL对其进行二次开发,编制程序绘制了阶梯刀杆尺寸对其谐振频率和夹紧间距影响的三维关系曲线,完成了三阶梯对称弯曲谐振刀杆的参数化有限元设计。对比本文有限元计算和文献1的解析计算与实验结果的差别,谐振频率和夹紧间距的计算误差分别为2.5％和3.5％,而相同的刀杆尺寸范围内解析法的计算误差分别是3％和5％。说明本文提出的方法能更好地逼近实验结果,从而为振动切削刀杆的设计提供了更加方便、准确的手段。

水泥石力学性能对井筒密封完整性的影响

长庆油田延长组致密油层物性差,孔隙度和渗透率低,开采难度较大,需采用大型压裂技术才能获得产能。在水力压裂的过程中,存在井筒完整性失效的风险。针对这一问题,探讨了井筒完整性的失效模式,建立了考虑套管、水泥环和地层相互作用的弹塑性有限元力学模型,分析了水泥石弹性模量、屈服强度对组合体密封完整性的影响。结果表明,水泥石的弹性模量较小时,变形能力强,载荷作用下不易于产生硬性压碎破坏,卸载后界面也不易撕开;水泥石屈服强度越高,卸载后界面抗撕裂能力越好,同时水泥环承受的荷载也越高。指出,除水泥环本身的性能外,地层的力学性质、套管尺寸等参数对井筒完整性也有重要影响,尚需进一步深入研究。对于长庆油田延长组致密油水平井,水泥石抗压强度为26 MPa、弹性模量为7.2 GPa、屈服强度为13 MPa的组合可满足施工及生产要求。采用长庆油田合平4井的现场工程数据,通过建立的有限元模型对该井进行井口试压及水力压裂过程中的密封完整性校核,结果表明,采用韧性改造的水泥浆性能满足施工及生产要求。

上面级液体悬挂贮箱动力学建模方法研究

提出一种适用于上面级液体悬挂贮箱的建模原则、建模方法,并针对不同建模方法给出静力和模态计算值对比。由分析可知"贮箱柱段壳+贮箱球底梁+液体质量点"的组合建模方法,可较好模拟贮箱柱段/贮箱法兰/主结构支架间的连接刚度。具有频率计算值与试验值较为接近、计算耗时较小等优点,有利于提高贮箱局部纵向模态建模精度。

不同危岩体分离面稳定性系数仿真分析

为获取更加准确的分离面稳定性系数,设计一种新的滑坡风险区危岩体分离面稳定性系数仿真分析方法。通过无人机采集滑坡风险区危岩体图像,获取更全面、更完整的图像信息。根据采集图像构建滑坡风险区危岩体的有限元力学模型。根据构建模型实施危岩体分离面的网络模拟。将滑坡风险区危岩体分离面分为3种类型:滑塌式危岩体分离面、倾倒式危岩体分离面以及坠落式危岩体分离面,分别实施三者的稳定性系数仿真分析。选择某滑坡风险区实施设计方法的应用测试。在该滑坡风险区中,分别针对滑塌式危岩体、倾倒式危岩体、坠落式危岩体实施分离面稳定性系数仿真分析。通过设计方法能够在多种工况下,实现3种危岩体分离面稳定性系数的准确仿真分析,证明了设计方法的稳定性系数仿真分析性能。

油气井出砂预测研究

用塑性应变准则建立了油井出砂预测的有限元力学模型 ,岩石的屈服应力准则用Drucker-Prager准则 ,在国内是油井出砂预测的一种新方法。在某油田地层数下 ,用该模型得到了不同井筒压差所对应井壁附近的塑性应力、应变变化结果 ,用这些结果可预测油井出砂情况。根据临界塑性应变 ,确定了井壁不出砂的临界生产压差 。

ANSYS在过盈联接中的应用

使用ANSYS有限元软件对某空心轴产品过盈联接分析,通过有限元模型的建立,有限单元类型的选择,有限单元网格的划分,解题程序的控制与后置处理结果的分析,说明ANSYS在过盈联接的分析中是完全适用的。

基于MSC.NASTRAN的复合式干选机结构强度分析

运用功能强大的有限元通用软件MSC.NASTRAN,结合复合式干选机结构特点和实际工作条件,建立整机的三维有限元力学模型,并对其进行谐响应分析。通过将理论分析结果与工程实际作对比,验证了分析结果的正确性和分析方法的实用性。

数控车床主轴单元动特性分析

在对某型数控车床进行切削动态试验的基础上,建立了机床主轴组件的有限元动力学模型,并对主轴单元的动特性进行了计算和分析,提出了改进意见.文中有限元计算结果与试验数据的误差小于5%.