基于模态应力恢复的汽车零部件虚拟疲劳试验方法

基于有限元模态分析、柔性多体动力学求解和疲劳寿命预测的相关理论,通过模态应力恢复得到了汽车零部件疲劳载荷历程,并将其应用于虚拟疲劳试验,解决了汽车设计过程中无法快速、准确预知零部件疲劳寿命的难题。该试验方法应用于某车双横臂独立前悬中的下横臂,在较短的时间内获得了该零件的预测疲劳寿命、寿命安全系数及危险部位等信息。结果表明该虚拟疲劳试验方法可作为汽车设计过程中的有效试验手段。

基于模态应力恢复的车架疲劳寿命计算研究

采用基于模态应力恢复的疲劳分析方法来预估某车架的疲劳寿命。首先在MSC.Nastran中对车架进行模态分析,以车架为柔性体建立整车的刚柔耦合动力学模型,在ADAMS/Car Ride中,用试验场强化路面激励进行整车动力学仿真,得到柔性体的模态位移时间历程,然后进行模态应力恢复得到应力历程,通过疲劳分析得到车架疲劳寿命的分布情况和最危险点的寿命值。分析结果与道路试验情况十分相符,证明该分析方法可以在产品设计阶段准确、高效地预估车体结构的疲劳寿命。

基于模态应力恢复的全地形车车架疲劳寿命预测

基于模态应力恢复疲劳寿命分析理论,对全地形越野车车架进行疲劳寿命预测。以全地形车车架为研究对象,建立车架有限元模型和整车动力学刚柔耦合模型,在输入为鹅卵石路面的条件下进行仿真计算,得到车架疲劳寿命预测需要的相关文件。用MSC.Fatigue软件对车架进行疲劳寿命预测。

基于模态应力恢复理论的内燃机曲轴疲劳寿命评估

以某型号船用内燃机曲轴为研究对象,基于模态应力恢复理论,采用虚拟疲劳试验技术对曲轴疲劳损伤进行评估。首先建立曲轴有限元模型进行模态分析,然后建立轴系多体动力学模型进行动力学仿真,获得曲轴模态坐标时间载荷历程。最后,结合修正的S-N曲线,采用模态应力恢复法在n Code中进行满载荷工况下内燃机曲轴的疲劳损伤评估,所得曲轴疲劳薄弱区与工程实际相符。结果表明,该方法可用于产品设计阶段的疲劳寿命评估与方案选优,并为样机疲劳试验提供参考依据。

基于模态应力恢复的轿车发动机舱盖焊点疲劳寿命分析

建立汽车发动机舱盖焊点有限元模型,并将分析结果与试验模态对比,验证该有限元模型的准确性.分别采用准静态法和模态应力恢复法得到焊点的应力-时间历程;基于Palmgren-Miner线性损伤累积准则和S-N曲线对比评估焊点疲劳寿命,并在模态应力恢复方法中考虑截止频率和结构阻尼对焊点疲劳寿命的影响.与虚拟台架试验的对比结果表明:准静态预测的焊点寿命大于试验寿命,截止频率为200 Hz且结构阻尼为0.06的模态应力恢复结果与试验结果较吻合.基于模态应力恢复法优化设计的发动机舱盖通过耐久路试.

基于模态应力的转向架关键悬挂件振动疲劳研究

通过建立构架关键悬挂件振动疲劳分析模型,采用模态叠加法,获得基于模态应力的构架关键悬挂件应力功率谱,并推导出结构应力的概率分布函数,并以IEC 61373标准谱和实测加速度谱为激励,利用线性疲劳损伤准则获得结构振动疲劳寿命。研究结果表明:关键悬挂件结构在IEC 61373三向加速度各激励5 h后,疲劳累积损伤值最大为1.58;在实测武广线加速度激励下,疲劳寿命为297万km;基于模态应力的分析方法能够有效地考虑激励频率与结构自身频率的振动关系,进而获得更准确的疲劳寿命。

基于模态法的高速列车车体关键位置应力谱及寿命评估研究

基于刚柔耦合理论,建立了考虑车体高频弹性振动的高速列车刚柔耦合动力学模型,利用模态应力恢复法对服役条件下车体关键位置动应力进行了求解。通过扫频激励方法模拟了车辆典型服役模式,识别了典型服役工况下车体动态薄弱位置。进一步研究了车体动态薄弱位置在不同轮轨匹配等效锥度下的特征应力谱。基于京广线线路条件仿真分析了不同轮轨匹配锥度状态下车体关键位置应力谱,并研究了不同应力谱编制方式对车体寿命评估的影响。结果表明:基于扫频激励方法的车体结构动态薄弱位置识别方法,可以有效识别车体结构动态薄弱位置;轮轨匹配等效锥度在镟修周期的动态演变会导致车辆稳定性下降,从而可以显著增大车体关键位置动应力幅值。因此,在车体结构关键位置寿命评估中,考虑轮轨关系动态演变对车辆关键部位应力谱的影响具有至关重要的意义。

索杆张力结构自应力模态分析及预应力优化

分析了现有各种求解索杆张力结构初始预应力方法的局限性,充分考虑对称性和整体可行性,从平衡矩阵理论出发利用奇异值分解法提出了一种旨在求解各种张力结构体系的整体自应力模态的求解方法,并对具有多个整体自应力模态的索穹顶结构采用修正单纯形法、以外圈环索初内力最小为优化目标进行了预应力优化。研究表明,充分考虑对称性和整体可行性的奇异值分解法能求解各种体系的整体自应力模态,预应力优化能求得满足条件的合理初始预应力分布。

Kiewitt型索穹顶结构自应力模态分析及优化设计

为了解新型Kiewitt型索穹顶结构的受力性能,采用节点平衡理论和平衡矩阵理论对该结构的自应力模态进行了详细分析,并对这类具有多个整体自应力模态的索穹顶结构采用非线性规划、以初应变能最小为优化目标进行了预应力优化.研究表明,考虑结构对称性后体系超静定次数等于基于平衡矩阵理论运用奇异值分解法求得的整体自应力模态数,且其整体模态数随环索数的增加而呈规律性增加,预应力优化后的合理初始预应力分布在一定的荷载工况作用下由于部分索临近松弛而达到极限状态.

考虑结合面影响的组合梁非线性预应力模态分析

为了研究结合面非线性特性对机械结构动态性能的影响,利用有限元分析软件,以组合梁结合面为研究对象,首先进行了考虑结合面非线性特性的非线性预应力模态分析,证明了结合面非线性特性对组合梁各阶弯曲振动固有频率有重要影响;然后采用单变量法研究了结合面法向载荷和摩擦系数对组合梁振动特性的影响。研究表明:结合面的法向载荷和摩擦系数都会使组合梁的固有频率降低,其中摩擦系数占主导地位。摩擦系数对组合梁低阶固有频率影响较小,高阶时影响较大。最后进行模态试验验证,实验表明:模态试验所得组合梁弯曲振型与非线性预应力模态分析法所得振型相吻合,且二者所得固有频率之间的误差在接受范围之内,从而证明了非线性预应力模态分析的可行性。

求解车辐式结构自应力模态的逐点去约束法

车辐式结构是一种由索桁架、内部受拉环以及外部受压环梁组成的空间结构,确定其初始预应力态是一个"由形找力"的问题,即需要结合建筑设计给定的结构位形,寻找一种预应力分布形式,使结构在预应力和自重作用下,能够达到建筑方案的几何位形要求.求解自应力模态是确定初始预应力的基础.已有求解自应力模态的方法,如平衡矩阵理论,需要使用专门程序,无法在通用有限元软件如Ansys上直接应用.本文在平衡矩阵理论的基础上,提出了针对车辐式结构的逐点去约束法.该方法能够判定车辐式结构是否存在自应力模态并求出它.对于不存在自应力模态的结构,通过一个算例提出了修改结构几何位形使其具有自应力模态的方法.逐点去约束法可以使用Ansys等通用有限元软件计算,为车辐式结构的自应力模态分析提供了方便、有效的途径.

一体化转子系统动力分析的预应力模态综合法

针对盘片轴一体化转子系统的大规模网格问题,提出用于该类结构动力分析的预应力模态综合法.对前两级整体叶盘进行静、动频分析,给出了影响一体化结构动力分析精度的模态截断数的选取原则,同时验证了本文方法的准确性.计算了盘片轴一体化转子系统的静、动频,给出了旋转作用对该系统模态的影响.比较整体叶盘与一体化转子的模态结果发现,引入转轴的作用使叶片振型对应的动频降低,且一体化转子振型中存在叶片、轮盘及转轴之间的耦合振型,这阐释了利用预应力模态综合法进行大规模网格盘片轴一体化结构动力分析的重要性.

一种求解索杆张力结构整体自应力模态的能量方法

索杆张力结构通过预应力来获取刚度和承载能力,因此预应力态的确定是进行其他分析的基础。针对这种柔性结构体系,提出一种求解整体自应力模态的能量方法,通过特征值分析获取使结构初应变能取驻值的自应力模态。分析表明,这其中包含了结构各个线性独立的满足整体对称性要求的自应力模态,其实质是求得整体自应力模态解空间的一组满足初应变能驻值条件的标准正交基。该方法无需预先根据结构的对称性人为对杆件分组,降低了工作难度和出错的可能性,可作为整体可行预应力法的补充,应用于拓扑复杂的结构。算例分析结果显示,对于单整体自应力模态的结构,该方法与整体可行预应力法的找力分析结果一致。而对于多整体自应力模态的情况,初应变能取驻值这一约束条件的引入使求得的多组整体自应力模态中更易包含可行解,从而有利于将索杆张力结构的预应力设计问题转化为相对简单的单变量(预应力水平系数)优化问题进行求解。

预应力模态下对旋风机叶片流致振动特性

为了研究预应力模态下对旋风机叶片流致振动特性,采用基于预应力模态的强迫振动响应方法进行仿真分析,以非定常流场压力脉动为激励载荷,对叶片实现强迫振动响应计算。分析了流场非定常激振力的特征频率,对比了无预应力模态和预应力模态下监测点的强迫振动响应特性。研究结果表明,对旋风机流场激振力特征频率为一级、二级叶轮的通过频率及其倍频;由于一级叶轮的3倍叶频与一级叶片2阶固有频率接近,二级叶轮4倍叶频与二级叶片3阶固有频率接近,从而叶片结构发生小幅共振,分别产生相应监控点的振动加速度最大峰值;无预应力模态由于忽略了预应力下的刚化效应,其监控点振动加速度曲线峰值高于预应力模态,两种模态计算出的监控点总振动加速度级差值最大约1.5 dB。

多自应力模态索穹顶结构的几何构造分析

索穹顶结构是发展和推广 Fuller张拉整体结构思想后唯一实现的一种新型大跨空间结构 ,它的几何构造分析是一项非常重要的工作。本文在对一般空间杆件体系的分类、自应力模态和机构位移模态研究的基础上 ,从索穹顶结构特有的杆件拓扑关系入手 ,提出了单位整体可行预应力这一新概念 ,并最终解决了多自应力模态下该体系稳定性判定问题 ;通过对若干类型索穹顶结构的几何构造分析 。

基于逐点去约束法的索桁张拉结构形状判定及自应力模态求解方法

索桁张拉结构是索杆张拉结构中最有竞争力的空间结构型式之一,其形状判定和自应力模态求解是设计时的两个关键问题。通过对前人研究成果的整理与分析可知:索杆张拉结构的形状判定大都根据平衡矩阵理论进行求解,而平衡矩阵理论一般需要编程,不易被掌握;已有的求解自应力模态方法大都不能在有限元软件上直接应用。针对这些问题,提出基于合理位形改进的逐点去约束法以求解索桁张拉结构的合理形状和自应力模态。该方法首先基于索桁张拉结构所具有的独特的拓扑关系,从合理位形出发推导了形状判定的简洁判断公式。然后 ,通过对逐点去约束法的研究,提出改进的逐点去约束法以求解索桁张拉结构的自应力模态。本文方法基于先形状判断后自应力模态求解的思路,可一次性确定结构的合理形状和自应力模态,回避了原方法中先求解自应力模态后判断形状的反复求解的缺点;同时不使用原方法中的生死单元技术,保证了求解过程的收敛;消除了因生死单元技术而产生的累计误差,提高了计算精度;避免了坐标转换,简化了求解流程;改进的方法可在有限元软件上直接应用。算例表明改进的方法具有系统的求解流程,且收敛快、精度高,为索桁张拉结构的形状判定与自应力模态求解提供了一种思路。

梭式皮带布料机预应力模态及谐响应分析

梭式皮带布料机作为一种新型混凝土浇筑机械,在水电工程施工等领域已被广泛应用。利用有限元软件ANSYS建立梭式皮带布料机的整体有限元模型,通过模拟正常工况,进行预应力模态分析及谐响应分析,获得前8阶固有频率,并发现第2阶模态频率对其动态性能影响最大。因此,提取第2阶模态频率作为多目标优化设计的其中一个目标函数,为布料机结构的后续优化设计奠定基础。

预应力对风机叶轮模态的影响

风机噪声不可避免,对周围环境造成不良影响。由于风机噪声是结构性噪声,从噪声产生机理方面降噪难度很大,但由于模态反映结构的固有振动特性,因而通过模态分析、避免共振是低噪声风机设计的有效方法。采用理论分析和数值仿真方法,得到叶轮有预应力状态固有频率比自由状态固有频率整体偏低,通过实验方法,得到叶轮有预应力状态固有频率在风机声压峰值频率中占有较大比重,说明预应力模态比自由模态更能准确反应风机叶轮实际工况,为避免共振现象的发生,降低风机噪声提供更有效的方法。

电牵引采煤机行星减速轮系中太阳轮有限元应力及模态分析

针对MG750-1915型电牵引采煤机截割部中行星减速轮系,在分析其结构特性及工作原理的基础上,建立了行星减速轮系三维模型,并将之导入ANSYS软件,对其中太阳轮的应力及模态进行了有限元分析,得到了太阳轮应力分布及前20阶固有频率及前6阶模态振型,并根据验证结果对零部件的改进设计、维护提出了合理的意见,为其结构动态设计及故障诊断提供了一定的依据。

自动液力变速器行星轮系的预应力模态分析

自动液力变速器中行星轮系的固有振动特性对变速器及相关零部件的正常工作具有重要影响。文中运用UG软件针对某新型自动液力变速器的第二组行星轮系P2进行了三维建模,并运用ANSYS Workbench软件对其进行了考虑接触非线性的静态应力分析,把得到的应力以附加刚度的形式叠加到系统的刚度矩阵上,对这种具有附加刚度的系统结构做线性模态分析,揭示出行星轮系的应力分布状况以及低阶振动频率和对应的模态振型。故可在行星轮系的设计过程中避开其工作频率,避免工作过程中发生共振,达到提高齿轮系统质量的目标。