SMA碟簧群的循环受压性能及简化模型

该研究提出将多个形状记忆合金(SMA)碟簧片并联排列形成碟簧组,然后在碟簧组间加入垫片分隔、串联排列形成碟簧群,以提供更高的承载力及变形能力。采用有限元软件ABAQUS建立了一系列SMA碟簧群的三维精细化有限元模型,并进行非线性循环受压分析。结果表明:与钢碟簧的“三角形”荷载-位移曲线相比,SMA碟簧群的荷载-位移曲线呈现鲜明的“旗帜形”特性,具有明显的正向及反向转变平台。随着碟簧片数的增加,碟簧组的总可恢复变形量基本不变,极限承载力及割线刚度近似成比例增加,而随着碟簧组数的增加,碟簧群的总可恢复变形量增加,极限承载力不变,割线刚度近似成比例降低。因此,可根据碟簧群总极限承载力及变形能力的需要,灵活调整碟簧片及碟簧组的数量及布置方式。碟簧组的各层碟簧片由于边界条件不同,应力分布存在明显差异,而变形量亦呈现两端大中间小的哑铃形分布模式,其中加载端碟簧片变形量最大,若超过极限变形量可能发生翻转失效,值得注意。提出了SMA碟簧群的简化模型,通过简化及精细模型的非线性循环受压分析,发现该简化模型的循环受压荷载-位移曲线与精细模型吻合良好,而计算效率提高约38倍。将SMA碟簧群应用于自复位NZ梁柱节点中,并对自复位钢框架进行了验证性的滞回分析。结果表明:采用SMA碟簧群的自复位钢框架最大侧移为4%时可完全复位,且二次刚度相比采用预应力钢绞线的传统自复位钢框架提高近100%,极限承载力提高70%。

航空发动机用滑油泵组碟簧压紧有限元分析

为保证滑油泵组关键部件配流盘与偏心泵体的稳定压紧及泵盖的安全性,依据GB/T 1972—2005标准,选用2只单片碟簧以精准对合方式安装于滑油泵组上.在考虑潜在温度场热变形的影响下,采用热固耦合方法,基于Workbench平台对滑油泵组在不同碟簧初始压缩量(0.6,0.7,0.8,0.9 mm)下进行有限元分析.研究结果表明:当初始压缩量小于0.7 mm时,滑油泵的主要部件受到的压紧力较小,主要受油液周向推力的影响;随着初始压缩量从0.7 mm增至0.9 mm,预压缩端的变形量呈现相应的增长趋势,同时滑油泵体挡板所承受的轴向力也随着初始压缩量的递增而呈现线性增长的规律;在此过程中,配流盘与偏心泵体所受到的轴向推力随着初始压缩量的增大而逐渐增大,确保其能够有效地被压紧且泵盖保持完好无损.研究结果不仅为滑油泵组的初始安装提供了理论依据,而且有助于指导实际工程应用中的安装操作,从而确保滑油泵组的正常运行与使用寿命.

基于负刚度碟簧装置的竖向隔震支座力学性能研究

在竖向隔震中,为同时满足高静态刚度和低动态刚度的需求,提出一种基于预压碟簧的负刚度装置(disc spring negative stiffness device,DSNSD),利用其与已有的预压弹簧装置(prepressed spring device,PSD)集成为拥有高静低动刚度的竖向隔震支座(PSD-DSNSD隔震支座)。首先对DSNSD的构造与工作原理进行详述,建立相应的力学模型,再通过Python进行数值模拟,考察上述碟簧装置的力学性能,最后利用Abaqus建立PSD-DSNSD竖向隔震支座的有限元模型进行模拟。结果表明:加入DSNSD后竖向隔震支座的隔震刚度显著降低,验证了将DSNSD用于竖向隔震增效的可行性。说明DSNSD在启动后可提供负刚度,从而有效减小整体装置的竖向刚度。

抗震钢支座中新型钢板簧的优化

钢弹体抗震钢支座是一种新型抗震支座,其通过在传统球型钢支座外侧增设的新型钢板簧为支座提供必要的地震恢复力以及地震耗能,在小震下保证了支座在震后的基本复位;强震作用下吸收地震能量,并可实现支座在震后的部分复位,满足基本的通车要求。首先,对该新型钢板簧进行了力学性能试验,建立了有限元模型,并利用试验结果验证了支座有限元模型的有效性。其次,对单个钢板簧和钢支座整体结构进行了动力特性分析,研究了新型钢板簧对抗震耗能的贡献;同时,对新型钢板簧结构进行了参数分析,找出各参数的影响规律。最后,对新型钢板簧的刚度和尺寸参数进行了多参数拟合,得到拟合函数,完成了新型钢板簧尺寸的结构优化,达到了节省材料、缩小结构空间的目的。

一种高可靠弹簧针连接器的设计

弹簧针连接器具有体积小、重量轻、盲插和免焊接的优点,本文详细介绍了一款高可靠的弹簧针连接器设计方法,该连接器基于簧爪实现。本文基于产品性能指标,从理论计算、结构设计、仿真分析、装配制造和试验方法等方面进行研究,设计并加工了一款高可靠的弹簧针连接器。试验表明,该连接器接触可靠,抗振动能力强,能持续经受196m/s 2加速度6h的正弦振动而不发生瞬断,机械寿命超过2W次,具有较高的参考和实用价值。

笙簧缭绕醉春风——访精艺笙乐器厂王泽爽

笙是我国古老的吹奏乐器,也是世界上最早使用自由簧的乐器,并且对西洋乐器的发展曾经起过积极的推动作用。笙属于簧片乐器族内的吹孔簧鸣乐器类,是世界上现存大多数簧片乐器的鼻祖。公元前1401年~前1122年,那时的甲骨文中已有“和”(小笙)的名称的记载。在《尚书·益稷》和《诗经·小雅·鹿鸣》等古代文献中,也多次提到了笙这种乐器。最早的实物笙,出土于湖北随县曾侯乙墓,距今已有2400多年历史。

碟簧螺栓连接柱脚节点滞回模型与性能研究

框架结构在地震作用下易在柱脚处形成塑性铰,设计损伤可控且具有复位能力的柱脚节点可有效提高框架结构的抗震性能和韧性。基于实际工程应用的螺栓和盖板连接,提出了将碟簧螺栓和屈曲约束翼缘盖板分别作为恢复和耗能元件的一种碟簧螺栓连接柱脚节点。推导了节点的理论滞回模型以及部分构件的内力计算式,采用ABAQUS软件建立了节点有限元模型并进行了滞回分析。结果表明,提出节点的滞回曲线呈典型的旗帜形,损伤集中于屈曲约束翼缘盖板的核心板,碟簧螺栓有效地减小了节点残余变形;有限元模型与理论滞回模型的结果吻合较好。最后,依据理论滞回模型,通过改变核心板厚度、钢柱轴压力、碟簧螺栓预紧力和组合碟簧刚度,分别研究了翼缘盖板-钢柱刚度比Rec、轴压比Ra、复位比Rr和碟簧螺栓-钢柱刚度比Rsr共4种无量纲参数对节点滞回性能的影响。结果表明,Rec、Ra和Rr影响节点承载力、耗能能力和残余变形;当通过改变碟簧螺栓预紧力来增加Rr时,碟簧可能在推覆过程中被压平;Rsr对节点的承载力和耗能能力影响较小,但对组合碟簧的压缩变形能力影响较大。

碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑滞回性能

为解决传统自复位防屈曲支撑变形能力不足的问题,提出一种碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑(Disc Spring-Steel Tendon Self-centering Buckling-restrained Brace,DT-SCB).DT-SCB采用串联的钢绞线及碟簧组成的复位系统提供复位能力,通过两个并联的一字型内芯耗散地震能量.介绍了DT-SCB构造、各阶段工作机理及恢复力模型.建立有限元模型,研究复位比率αsc、钢绞线与碟簧组刚度比K1、复位元件与耗能系统刚度比K2等参数对支撑滞回性能、自复位效果及耗能能力的影响.研究结果表明:提出的DT-SCB恢复力模型与模拟结果吻合较好,所有DT-SCB支撑在最大加载位移(2.5%轴向应变)内未发生明显破坏,支撑滞回曲线呈旗帜型特征,且具有稳定的耗能能力.相比于传统基于钢绞线的自复位防屈曲支撑,DT-SCB具有更强的变形能力.DT-SCB最大残余变形随复位比率αsc提高显著减小,而刚度比K1的增加会削弱复位比率对支撑残余变形的控制效果.钢绞线与碟簧组刚度比过大(K1≥2.0)会导致碟簧组提前被压平,进而降低支撑的变形能力.DT-SCB耗能能力受刚度比K2影响较大,其等效黏滞阻尼比随刚度比K2的增大而降低.罕遇地震下支撑-框架结构非线性时程分析结果表明,DT-SCB可以有效减少结构的最大层间位移角及残余层间位移角,提高结构抗震性能.

组合碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验

为控制防屈曲支撑(BRB)的残余变形,采用碟簧自复位系统(DS)和BRB并联形成自复位防屈曲支撑(SBRB)。通过拟静力试验考察组合碟簧刚度、端部连接、复位比率等对SBRB滞回性能的影响。结果表明:与BRB相比,SBRB的残余变形大幅降低;SBRB表现出旗型的滞回曲线,试验后期钢板支撑受拉断裂,其他部件保持完好;SBRB试件中DS部分和BRB部分分别是承载力和累积耗能的主要来源;由于组合碟簧间的摩擦等作用,DS部分的耗能占整个SBRB耗能的23%~36%;其他构造相同时,采用组合碟簧刚度较大的DS部分启动后承载力增幅较多,且DS部分启动力较大的复位比率也较大,残余变形更小。总体上,端部连接形式对残余变形影响不大,刚接SBRB试件因承受额外的端部弯矩,钢板支撑断裂更早,铰接SBRB试件表现出更好的耗能能力。随复位比率增大,SBRB的残余变形逐渐减小,为有效地控制支撑残余变形,同时避免对DS部分要求过高,复位比率宜取0.7~0.9。

基于流固耦合的全封闭往复式压缩机数值仿真及吸气舌簧阀的优化

为了考察用于制冷的小型往复式压缩机在吸排气过程中的吸气舌簧阀和排气舌簧阀的最大接触冲击力和量化吸入与排出气缸中的冷媒气体量,以某型号往复式压缩机的实际结构为基础,建立了该型号往复式压缩机的数值仿真计算模型,对其吸排气过程进行了数值仿真计算,并根据仿真计算结果对吸气舌簧阀进行了优化。研究结果表明,吸气舌簧阀优化前后与其阀座的最大接触冲击力分别为102.3 N和98.2 N,最大接触冲击应力分别为151.1 MPa和148.3 MPa,分别减小了4.1 N和2.8 MPa;优化前后一个周期内吸入气缸的气体质量分别为9.8×10^(-3)g和1.05×10^(-2)g,增加了7×10^(-4)g;优化前后吸气舌簧阀位移升程最大颤振幅值分别为1.49 mm和0.56 mm,减小了0.93 mm,吸气舌簧阀初次冲击阀座后的最大反弹位移分别为0.48 mm和0.28 mm,减小了0.2 mm。优化后,吸气舌簧阀最大接触冲击力、最大接触冲击应力和位移升程颤振幅度减小,吸入气缸的气体质量增加,结果可为提高吸气舌簧阀的使用寿命和往复式压缩机的工作效率提供有力的支撑。

某房车用少片簧断裂原因

在对某房车进行可靠性路试过程中,其少片簧发生断裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、硬度测试、金相检验、扫描电镜分析等方法对少片簧断裂的原因进行分析。结果表明:少片簧表面存在局部折叠,在路试过程中,其表面产生了应力集中,使裂纹萌生并扩展,最终导致少片簧断裂。

基于HyperMesh和ANSYS的特殊卷簧的结构优化

针对汽车坐垫调角器用特殊卷簧在工作过程中最大应力超过许用应力及簧圈之间发生接触导致卷簧疲劳寿命降低的问题,文章以该卷簧最大应力满足强度要求及簧圈之间不接触为优化目标,基于HyperMesh和ANSYS联合仿真,对其结构参数及材料选用进行优化,并对优化前后卷簧的应力及接触情况进行对比分析。仿真结果表明:优化后卷簧最大应力小于材料许用应力,满足强度要求,且工作过程中簧圈之间未发生接触。本优化方案可对该类特殊型式卷簧的结构优化提供参考。

基于COOT算法的城轨车辆车体称重调簧算法优化

现有城轨车辆车体称重调簧模型忽略了车体的非均匀弹性变形、弹簧刚度的非线性等问题。针对该问题,文章首先建立了基于最小二乘法拟合二系支撑位刚度的改进称重调簧模型,该模型相较于传统称重调簧模型更贴合车体的实际负载情况;利用改进白骨顶鸡(COOT)算法对称重调簧算法进行多目标改造和搜索机制优化,相较于模拟退火(SA)算法、粒子群优化(PSO)算法、遗传算法(GA),改进COOT算法使稳定收敛载荷偏差分别降低了3.2 N、2.1 N和7.4 N,收敛速度分别提高了3.5%、6.8%和18.0%,具有更好的精度、效率和鲁棒性;基于C#和MATLAB搭建了整套称重调簧试验系统,并进行模拟试验及实车验证,证明了改进COOT算法及称重调簧系统的准确性和稳定性。

一系钢簧断裂原因分析与高频激励试验研究

为分析某型号动车组一系钢簧断裂的原因,对装配有该钢簧的转向架进行高频激振试验,结合有限元仿真计算,确定钢簧具有72 Hz的固有频率。绘制钢簧频响特性曲线发现,72 Hz频率下的应力幅值约是其余频率激励下的30倍。计算线路枕跨冲击频率,分析得出该型号动车组钢簧发生断裂原因是列车以155 km/h时速运行时会受到来自轨枕的71.7 Hz的冲击,此频率与钢簧扭转模态频率接近,钢簧发生共振,长此以往导致钢簧断裂。

碟簧-钢绞线自复位防屈曲支撑力学性能分析与数值模拟

介绍了碟簧-钢绞线自复位防屈曲支撑及其受力特性,通过有限元软件Abaqus建立数值模型,研究支撑滞回性能、自复位特性以及耗能能力。研究结果表明:碟簧-钢绞线自复位防屈曲支撑具有较好的滞回性能、耗能能力及自复位特性,该支撑的自复位性能随着复位比及刚度比的增加而提高,耗能能力随复位比及刚度比的增加而减少。

轻卡前板簧悬架刚度非线性行为研究

以轻卡少片簧前悬系统为研究对象,系统地探讨了板簧悬架安装几何参数及连接处衬套刚度对系统级悬架刚度非线性行为的影响。研究过程首先基于零部件级板簧测试及Adams仿真手段研究板簧自身结构刚度的线性行为,且证明了由Adams建立的虚拟板簧结构的可靠性。然后,基于系统级K&C测试及Adams仿真结果的对标分析,认识到悬架刚度的非线性行为,且证明Adams建立的悬架模型的准确性。最后,利用Adams前悬虚拟仿真的方法研究了悬架吊耳角度、吊耳长度、板簧安装中心距及衬套刚度对悬架刚度非线性行为的影响。此外,本文获得的板簧悬架刚度非线性行为的规律性认识可优化指导前期板簧悬架系统的开发工作。

考虑时滞的涡簧储能用永磁同步电机反推控制

针对采样、通信等造成的时滞现象弱化涡簧储能系统运行性能的问题,设计了考虑时滞的涡簧储能用永磁同步电机反推控制方法。首先在dq0坐标系下建立考虑电流延时的永磁同步电机数学模型;在此基础上,采用Lyapunov-Krasovskii理论设计含有时滞的Lyapunov函数,并结合反推控制方法,推导出永磁同步电机时滞反推控制器,以消除时滞对系统的影响,并保证系统闭环稳定性。仿真和实验结果表明,随着时滞的增加,系统控制响应偏差和波动影响也变大,甚至有可能导致系统失去稳定;与常规反推控制器相比,对于常时滞和变时滞情形,考虑时滞的反推控制器下永磁同步电机的速度和电流均能更准确跟踪各自的参考值,同时响应速度更快、且波动更小,极大改善了时滞对于系统运行性能的影响。

适用于城市轨道交通车钩装置的液压油-环簧缓冲器特性分析

[目的]目前城市轨道交通车钩装置普遍应用胶泥缓冲器或气液缓冲器,而这两种缓冲器存在内高压易导致介质泄漏。液压油-环簧结构缓冲器可避免因密封问题而引起的泄漏问题,但需分析其对于城市轨道交通车钩装置的适用性。[方法]基于液压油-环簧缓冲器的结构,分析了其压缩过程的受力情况、稳态压缩性能和冲击性,通过仿真分析模拟了车辆冲击试验。[结果及结论]液压油-环簧缓冲器可以承受速度为4 m/s(15 km/h)的稳态压缩,通过了8 km/h以下速度的冲击试验,完全适用于城市轨道交通列车。

德辅博物馆馆藏史前“骨龠”与“骨簧”的实材复制及音响初解

“骨龠”与“骨簧”是当代音乐考古新发现的两种骨类音乐文物,其对于中国史前音乐文明的探赜有着极其重要的学术意义。本文通过对民办的辽宁省朝阳市德辅博物馆馆藏的这两种远古骨类乐器进行实验音乐考古式的实材复制和演奏音响的初步探微,揭示两种乐器可能存在的音响奥秘和目前尚不为人知的奇特关联。

碟簧定力矩紧固组合技术的应用

碟簧密封和定力矩紧固在机械密封中应用较为广泛,随着管道密封要求越来越高,单独的碟簧密封或者定力矩紧固已经难以满足密封要求,将二者进行组合使用可以大幅度增强密封效果。目前,针对碟簧定力矩组合密封技术在施工中的应用研究较少,碟簧和定力矩的相互作用和相互影响规律需要进一步进行研究。文章通过碟簧定力矩组合技术在煤化工、石油化工领域的应用,对碟簧定力矩组合技术进行了系统的应用研究,为碟簧定力矩组合密封技术的应用提供理论支撑。