新型小径向/轴向刚度比的橡胶节点设计

为满足高速动车组电机悬挂要求,文章设计了一种新型小径向/轴向刚度比(径向刚度与轴向刚度比值)的橡胶节点,并通过有限元仿真分析、静刚度试验、疲劳试验及装车试验进行了验证。结果表明,这种结构的橡胶节点符合技术要求,且其预压缩简单有效,刚度范围可调,抗疲劳性能良好,具有良好的高温耐受性,满足电机运行环境的要求。

轴向组合式小径向/轴向刚度比橡胶球铰结构介绍

以一种地铁车辆用转臂定位节点为例,介绍了一种轴向组合式橡胶-金属球铰结构,此种结构的特点是径向/轴向刚度比小,橡胶预压缩简单可靠,刚度调节范围广,疲劳可靠性好。

考虑结构空间作用的RC框架梁轴向约束刚度研究

为真实反映结构对框架梁的空间约束作用,提出了轴向约束刚度指标以量化结构空间约束,并建立可模拟框架结构空间约束作用的数值模型。对比足尺框架结构试验数据表明,按规范计算的框架梁抗弯承载力与试验值相对误差为42%~75%,考虑结构轴向约束作用后相对误差缩小至25%以内,说明该模型可较好地模拟框架结构轴向约束作用,验证了该数值模型的合理性和可靠性。在有限元软件SAP2000中建立等效弹性数值模型,通过单参数分析得到对RC框架梁轴向约束刚度有显著影响的关键变量。在常见工程的取值范围内对关键变量进行充分的排列组合,开展规模化数值分析并总结结构空间约束的作用机理与RC框架梁极限状态下轴向约束刚度分布规律,得出了极限状态下RC框架梁轴向约束刚度的计算方法。

基于ANSYS的复式膨胀节强度和轴向刚度有限元分析

通过ANSYS有限元分析,研究了复式膨胀节在同时受内压及轴向位移时的强度和轴向刚度.建立了复式膨胀节的二维轴对称模型,并考虑了非线性对复式膨胀节的影响,将分析结果与EJMA工程近似法计算结果进行对比,表明ANSYS有限元结果更接近实际情况,采用工程近似法分析复式膨胀节时存在一定误差.

基于非线性有限元的网套补偿器轴向刚度特性及计算方法研究

网套补偿器在航天管路系统中广泛使用,补偿器的轴向刚度是其基本力学参数,然而其复杂的微结构特征使得轴向刚度呈现强烈的非线性。为实现对网套补偿器轴向拉伸全过程的仿真计算,从钢丝网套入手,基于钢丝的螺旋梁模型,分析了轴向长度、螺旋角及网套直径对轴向刚度的影响,结果表明轴向长度和螺旋角将显著影响轴向刚度;分析了边界条件的影响,结果表明在计算轴向刚度时固定边界与约束径向位移的循环边界可以互换。结合网套刚度分析的结论,提出了基于接触关系的子网套刚度分析方法,解释了拉伸时轴向刚度非线性变化原因,进一步建立了2/N波纹管螺旋梁复合模型以及2/N单波单锭螺旋梁复合模型用于不同刚度阶段的有限元计算。算例结果表明,仿真获得的力位移曲线与试验曲线一致性较好,高刚度阶段的轴向刚度误差为3.40%。

基于多层级有限元方法的钢丝网套轴向刚度研究

航天增压输送管路中广泛应用的钢丝网套具有复杂的非线性力学特性,本文研究了其轴向力学行为机理和仿真建模方法。利用多股并排管状编织结构建模方法建立了网套三维几何模型,基于周期性理论建立了网套细观尺度的柱面编织单胞模型。使用单胞模型对网套内部无/有芯轴两种边界下的轴向拉伸工况进行了仿真模拟计算,结果表明两种边界条件下的网套轴向刚度差异极大。在文中,还提出了网套简化分析螺旋梁模型,对比了螺旋梁模型和单胞模型的结果差异,基于刚度等效原则提出了螺旋梁模型的修正方法。仿真算例表明,经过修正后的螺旋梁模型计算得到补偿器加内压后的轴向反力和试验结果一致性较好,相比未修正的螺旋梁模型误差大大降低。螺旋梁模型和修正方法为网套补偿器进一步的力学分析提供了基础。

联接结构对顶盖轴向刚度的影响研究

顶盖与座环联接结构是顶盖轴向刚度的主要影响因素。运用ANSYS软件对顶盖与座环结构进行联合计算,从螺栓预紧力、螺栓把合分布圆半径及螺栓数量与直径三方面进行分析。结果表明:提高螺栓预紧力、选取最小螺栓分布圆半径及选取数量少、直径大的螺栓布置型式有助于提高顶盖的轴向刚度性能,为顶盖与座环联接结构的设计与优化提供了参考依据。

闭式过盈连接型膜盘联轴器轴向刚度特性研究

在燃机实际运行中,由于压气机与蜗轮内气体压力不同而产生轴向作用力,常造成轴系的轴向振动。膜盘联轴器作为连接轴系的关键弹性零部件,其轴向刚度特性直接影响着轴系的轴向振动水平。为此,文中通过建立小尺寸闭式过盈连接型膜盘联轴器的有限元模型,对具有直线型、锥线型及曲线型3种膜盘型面的膜盘联轴器轴向刚度特性进行了仿真分析。结果表明:3种型面膜盘联轴器轴向刚度均呈线性分布,且在大小相同的情况下,直线型膜盘的轴向刚度最大,锥线型的次之,曲线型的最小;直线型与锥线型膜盘联轴器具有相当的应力水平,较曲线型具有较高的承载能力;曲线型及锥线型膜盘联轴器则在相同载荷下具有较好的轴向补偿能力,分析结果为膜盘联轴器的设计与选用提供了理论支撑。

复合材料风电叶片预埋螺栓套连接的轴向刚度分析

预埋方式的螺栓连接是大型风力机叶片根部连接和分段式叶片连接的主要形式之一。螺栓连接刚度的准确计算是保证风电叶片静态和疲劳载荷安全设计的重要因素。基于分段式叶片中的预埋螺栓套连接结构,假设被连接件内的轴向应力满足锥形分布,推导了其轴向刚度的解析方程;采用有限元数值方法确定了锥形半角;研究了螺栓直径、夹持长度以及螺栓套厚度对被连接件刚度的影响,通过对比被连接件刚度的解析解与数值解,验证了预埋螺栓套刚度解析表达式的精度。结果表明:预埋螺栓套连接的锥形半角取值范围为15°~18°;被连接件的刚度随着螺栓直径、螺栓套厚度的增大而增大,随着夹持长度的增大而逐渐减小。

基于综合工艺偏差的滚珠丝杠副静刚度建模

为了建立准确的滚珠丝杠副轴向静刚度理论模型,分析刚度的影响因素和规律,基于综合工艺偏差对滚珠丝杠副全滚珠载荷分布的影响,建立了轴向静刚度模型,提出了一种在综合工艺偏差下符合滚珠丝杠副轴向静刚度的计算公式。以GZ3206T型滚珠丝杠副为例,基于综合工艺偏差,通过Ansys Workbench 2022 R1有限元软件进行分析实验,然后通过轴向静刚度试验台进行对比实验验证,实验结果吻合度为87.85%~98.7%,验证了综合工艺偏差的滚珠丝杠副轴向静刚度模型的准确性,对分析和提高滚珠丝杠副传动精度设计和承载能力评估提供参考依据。

多层U形波纹管轴向刚度等效厚度模型研究

将U形波纹管简化为曲杆模型,推导了波峰、波谷半径不相等情况下的轴向刚度经验公式。波纹管轴向刚度有限元值经验证可与其试验值等价后,分析了基于经验公式法与有限元方法计算多层波纹管结构轴向刚度的误差规律,通过引入刚度修正系数λ,给出了一种基于经验公式法的多层波纹管等效厚度计算方法,并在此基础上提出了一种基于等效厚度单层U波纹管有限元模型进行多层U形波纹管轴向刚度分析的方法。算例结果表明,文中计算方法与有限元计算结果一致性达到90%。

基于差异沉降和轴向刚度控制的竖向荷载作用下群桩基础优化分析

目前在群桩设计中仍大多数采用均匀等长布桩的方法,这种方法在基础受力、变形等方面存在较大的缺陷。考虑增大群桩轴向刚度和减小群桩基础差异沉降的条件下,将群桩基础位移函数与桩长优化函数相结合,在对基础采取行变换、平面变换的方式下,通过设置不同的桩长比值ξ、连接曲率值η设定不同布桩方案,分析不同方案下群桩基础轴向刚度比、差异沉降比的变化规律;并利用数值模拟法对所得优化结果的可靠性进行验证。此外,针对不同桩土刚度比、不同桩间距对群桩基础的轴向刚度比和差异沉降比进行了参数分析。研究结果表明:不同群桩基础优化变换方式、不同桩长对群桩基础优化结果会产生不同的影响;当优化目的是为增加群桩基础刚度时,应主要考虑行变换的优化方式,当优化目的是为减小基础差异沉降时,应主要考虑平面变换的优化方式;基础轴向刚度比随着桩土刚度比的增加而增大,随着桩间距的减小而增大;基础差异沉降比随着桩土刚度比的增加而减小,随着桩间距的减小而减小。

基于ANSYS的无加强U形波纹管刚度计算

奥氏体不锈钢波纹管作为液体火箭发动机推进剂管道补偿器的主要组成部分,其刚度特性对于管路稳定非常重要。为研究大口径波纹管的层间接触状态对刚度的影响,以摩擦因数和层间间隙描述接触状态,揭示层间接触状态对波纹管轴向压缩刚度影响的特点。最终将有限元计算结果与实验数据进行对比,误差小于20%,准确性远胜传统公式。

螺栓被连接件轴向刚度高精度计算的半解析方法

以圆盘形螺栓被连接件为研究对象,结合有限元分析与理论解析,提出了一种精确计算被连接件刚度的半解析方法.利用精细的有限元分析模型,分析了不同弹性模量、泊松比、总厚度、装配间隙、厚度比对被连接件刚度的影响规律,构建了同材质上、下被连接件刚度的半解析模型.同时,结合不同材质上、下被连接件的等效方法,求解出上、下被连接件的压应力半顶角,实现了不同材料组合所对应被连接件刚度的精确计算.与有限元分析结果相比,被连接件刚度的相对误差小于3%,绝对误差小于0.02GN/m.

Ω形波纹管的轴向刚度研究

为研究Ω形波纹管的刚度特性,用有限元方法分别建立轴对称单元以及轴对称单元与接触单元组合的有限元模型。对同种规格、同种材料的单层Ω形与U形波纹管的轴向刚度进行对比分析,表明单层Ω形波纹管的补偿能力更强;探讨波纹管开口量和壁厚对单层Ω形波纹管轴向刚度的影响,与相关文献的研究结果一致;研究不同层数以及存在层间摩擦的条件下,Ω形波纹管的轴向刚度变化情况,表明Ω形波纹管的压缩刚度呈现非线性特点。

包带式星箭连接结构轴向刚度研究

包带锁紧装置广泛用于卫星和运载火箭之间的连接。在发射过程中,它起到连接星箭和传递载荷的作用,合理地确定包带连接结构的强度和刚度对卫星的成功发射至关重要。给出包带连接结构轴向刚度与包带结构参数、预紧力以及轴向拉力之间的关系,提高包带连接结构刚度预测的精确性。首先对包带连接结构各组件的受力情况进行分析;根据各组件受力特点,应用弹性力学理论推导了一定轴向拉力范围内包带连接结构的变形及刚度的解析表达式;最后,针对某型包带锁紧装置与有限元仿真结果进行对比,验证了分析方法和解析表达式的正确性。

Y型圆钢管相贯节点轴向刚度计算模型

为获得Y型圆钢管相贯节点轴向刚度实用计算公式,基于环向模型和节点局部变形与轴向刚度的关系,建立了半圆拱模型,并导出了节点轴向刚度的理论公式;运用泰勒级数等数学手段,将理论公式中的复杂函数简化为能反映自变量间相互影响的指数函数与幂函数的乘积,并根据单参数分析结果忽略次要因素支主管壁厚比,获得了Y型节点刚度的简化计算式.研究结果表明:节点刚度与材料弹性模量、支主管平面内夹角正弦平方的倒数和主管直径成正比;支主管直径比和主管径厚比对节点刚度的影响较大;简化公式计算的刚度值与有限元计算结果和已有试验数据的相对误差基本小于8%.

W形金属密封环轴向刚度影响因素研究

W形金属密封环的轴向刚度与其密封效果关系紧密,合理选择其轴向刚度是进行系统结构与参数优化的基础。应用ANSYS软件计算W形密封环的轴向刚度,研究密封环结构参数(壁厚、波高、波峰半径、波谷半径和密封环外径)、波层和温度对密封环轴向刚度的影响规律。结果表明:W形金属密封环轴向刚度与波高、波峰半径、波谷半径、层数以及温度呈反比关系,与壁厚和外径呈正比关系;壁厚和波高变化对密封环轴向刚度影响显著,在W形密封环设计过程中要考虑其壁厚与波高大小;金属W形密封环的多层结构比单层结构的补偿能力更强,在对补偿性要求高的场合,优先选择多层W形密封环;金属W形密封环轴向刚度与温度呈反比,高温环境下工作的金属W形密封环还需要考虑密封环强度。

基于分子电流法轴向永磁轴承轴向刚度的分析

轴向刚度分析是永磁轴承设计过程中的重要环节,现有的几类模型计算结果与实测结果存在一定的误差。使用基于分子电流法分析计算轴向永磁轴承的轴向刚度时,由于分子电流法在计算轴向力时需要求解四重积分,计算周期长,甚至不能获得解析解,因此采用蒙特卡罗算法来近似计算轴承的轴向力,使求解过程简单化。通过与有限元法数值解进行比较表明,分子电流法建模可较准确地分析轴向永磁轴承轴向刚度,运用蒙特卡罗算法求解方程,突破了分子电流法难以工程应用的技术难题。

单桩轴向刚度的非线性分析

通过采用非线性荷载传递函数模拟桩土之间的非线性共同作用 ,提出了单桩轴向刚度的非线性分析方法 ;讨论了桩长、桩直径、桩身材料弹性模量以及不同传递函数类型等因素对桩刚度的影响 ;并把计算值与实测值进行了比较 。