EPDM吊耳的动静刚度比影响因素分析

研究硫化体系、补强体系、含胶率和交联密度对三元乙丙橡胶(EPDM)吊耳动静刚度比的影响。结果表明:在硬度相同的情况下,配方含胶率越高,EPDM吊耳在180~300 Hz频率区间内的动刚度越大;100%定伸应力越小,在0~100Hz频率区间内的动静刚度比越小;适当调整过氧化物硫化剂和助交联剂用量,平衡EPDM胶料的交联密度,可以获得合适的动静刚度比。

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。

可重构3-RPR平面并联机构的静刚度研究

以3-RPR平面并联机构为研究对象,通过设计一种在驱动、被动和锁定3种状态之间相互切换的移动副和转动副锁定装置,实现机构的重构。对重构前、后机构的静刚度特性进行理论建模和软件仿真。通过锁定任意两个运动副的方式,实现机构的拓扑重构。根据动平台的运动状态对锁定方式进行分类,并建立机构的反向运动学模型。对机构的雅克比进行推导,并基于虚功原理,推导静刚度矩阵。最后,对重构前、后的机构进行静力学虚拟实验,对比分析实验数据。结果表明:拓扑重构可以提升平面并联机构的静刚度性能。特别地,动平台做定轴转动时,其静刚度的提升效果尤其明显。这为少自由度可重构并联机构的性能评价和参数优化提供了理论依据。

波箔片制造误差对径向波箔轴承静刚度的影响

为探究制造误差对径向波箔轴承的影响,基于Timoshenko梁单元建立波箔片变形的简化模型,基于ABAQUS建立波箔片的实体模型,并对比2种模型下波箔片的静刚度。结果显示,Timoshenko梁模型和实体模型的波箔片静刚度曲线较为吻合,且均呈线性变化。建立径向波箔轴承的实体模型,对轴颈进行位移加载,分析轴承的静刚度特性。结果显示,在考虑摩擦时,轴承的静刚度存在明显的滞回特性。设计存在2种不同误差类型的径向波箔轴承,并对其静刚度特性进行分析,发现波高误差对静刚度的影响大于波距误差,且控制起主要支承作用的波纹的波高误差能够有效降低制造误差对径向波箔轴承静刚度的影响。

复合Mooney-Rivlin本构参数对轨道交通用橡胶减振件垂向静刚度的影响分析

选取合适的本构参数有助于提高橡胶小范围变形的有限元仿真的准确性。文章以轨道交通用某橡胶减振产品的橡胶体为研究对象,首先,利用哑铃型和等双轴试样拉伸试验获得橡胶的应力-应变曲线,拟合得到Mooney-Rivlin的本构参数;然后,利用Abaqus软件进行有限元仿真分析,分别考虑了单轴、等双轴和单轴+等双轴试验数据拟合得到的本构参数对产品垂向静刚度的影响,并与试验结果进行对比验证。结果表明,橡胶材料参数对橡胶减振产品的仿真结果有显著影响,复合Mooney-Rivlin本构参数能较好地预测产品垂向静刚度。

环形丁腈橡胶件静刚度的有限元模拟

对矩形丁腈橡胶件进行静态拉伸试验,通过对试验得到的应力、应变数据进行拟合,得到了Mooney-Rivlin超弹性本构模型参数,利用此本构模型对环形丁腈橡胶件进行静压缩有限元模拟,进行了试验验证,并分析了环形丁腈橡胶件的壁厚、外径以及温度对其静刚度的影响。结果表明:通过有限元方法模拟得到矩形丁腈橡胶件静态拉伸大变形阶段的力-位移曲线与试验结果相吻合,相对误差小于5%,表明Mooney-Rivlin超弹性本构模型可准确描述丁腈橡胶的超弹性特性;环形丁腈橡胶件静刚度的有限元模拟结果与压缩试验结果的相对误差为13.1%,证明了该有限元方法的准确性;随着壁厚或外径的增加,环形丁腈橡胶件的静刚度减小;随着温度的升高,静刚度减小,但减小速率逐渐降低。

牵引拉杆节点静刚度检测压头工装的优化设计

为了解决现有压头工装无法满足最新静刚度检测要求的问题,从工装与检测节点接触面形状,以及工装与压力机连接类型入手,设计出了新工装,并通过有限元与现场测试确定新工装是否满足要求。仿真与测试结果显示,在检测合格区间为0.80~1.50 mm,额定载荷为2.45~20.58 kN情况下,原工装的检测合格率仅为18.750%,而采用新工装的检测合格率为90.625%。研究结果表明,新的压头工装在进行静刚度检测时,可以在受力的情况下,通过主动适应,贴合节点外表面,使力垂直施加于被测件,使检测结果更准确,满足最新检测规定。

大型LNG船再液化设备基座静刚度分析及结构优化

为了保证大型液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)船再液化设备的基座在设备工作载荷作用下具有较高的抵抗变形能力,提高再液化设备运转过程中的安全性,以大型LNG船用再液化设备的基座所受载荷为基础,进行整个再液化设备的基座结构设计,并基于有限元分析软件进行刚度计算。计算结果表明:在工作载荷作用下,基座抵抗横向和纵向变形的能力较弱,在结构优化加强时,增加结构的板厚对整个基座的静刚度改善作用亚于增加纵向或横向支撑型材。研究结果可为船舶类设备基座结构的设计及加强优化提供一定参考。

直线滚动导轨非赫兹接触静刚度模型

为建立导轨非赫兹接触静刚度模型,首先给出并求解了一般性点接触问题的基本方程,将其应用到单滚动体和滚道的非赫兹接触问题中进行非赫兹接触分析;其次用拟合精度较高的四阶线性方程拟合出了单滚动体和滚道的静刚度模型;再次基于齐次坐标矩阵法与单滚动体和滚道非赫兹接触静刚度模型建立了滚动导轨非赫兹接触静刚度模型;最后以某一滚动导轨为例求解并分析了非赫兹接触下的五自由度静刚度,结果表明用赫兹接触理论求解非赫兹接触下的导轨静刚度误差最大可达33%。

考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析

同时考虑尺寸误差和外部径向载荷,改进了一种预紧双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度计算模型。首先,基于赫兹理论,考虑制造过程中的尺寸误差和因装配不当等因素引起的径向外部载荷,改进了滚珠载荷分布和轴向静刚度模型。其次,采用Newton-Raphson迭代法计算了双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度,并在自行研制的加载试验台上进行了加载变形试验,验证了模型的正确性。最后,通过仿真分析,研究了外部轴向载荷、外部径向载荷和滚珠尺寸误差对双螺母滚珠丝杠轴向静刚度的影响。研究结果表明,所建立的双螺母滚珠丝杠静刚度模型对描述轴向变形位移和轴向静刚度有较好的效果,对指导预紧双螺母滚珠丝杠在静止或低速工况下的承载能力评估和精度设计有一定的参考意义。

副车架静刚度修正方法及多层级拓扑优化

本文构造副车架静刚度与K&C性能的并行仿真流程,提出考虑多学科性能耦合的副车架静刚度目标修正方法,并系统地建立一体式空心铸铝副车架分层级设计优化方法。首先,建立副车架计算模型并改进加载方法,提出局部坐标系下的静刚度计算方法,并集成副车架静刚度分析、模型缩减分析、K&C性能分析3种工况,执行多样本分析并通过实验设计矩阵转换,构建K&C性能与静刚度性能的组合代理模型,基于组合代理模型利用K&C性能修正静刚度目标;其次,开展多性能约束的副车架多层级拓扑优化,通过第1层级拓扑优化完成等壁厚主体结构设计,通过第2层级拓扑优化完成变壁厚结构设计。结果表明:经过多层级拓扑优化的副车架1阶、2阶扭转模态分别提升39.3%、14.9%,静刚度及K&C性能满足目标要求,其他各项性能指标均得到显著提升且实现轻量化。本文可为副车架静刚度性能目标制定、K&C性能提升及副车架结构优化提供参考。

大跨窄梁悬索桥结构体系对静动力刚度的影响研究

大跨度窄梁悬索桥,结构轻柔、整体刚度低,抗风问题突出。结构静动力刚度是大跨度桥梁抗风的基础参数。该文以一座大跨窄梁悬索桥为工程背景,基于空间缆索分段悬链线理论和桥梁三维有限元模型,多工况系统对比分析加劲梁刚度、主缆垂跨比、主缆间距和吊点宽度等参数对静动力刚度的影响。研究发现:加劲梁刚度对大桥的整体刚度贡献较大,与结构的静动力刚度呈正相关,尤其对结构的竖向和扭转静动力刚度影响明显;主缆垂跨比对大桥扭转静动力刚度影响较大;主缆间距和吊点宽度对大桥的静动力特性影响有限。

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。

基于动静态刚度和阻尼性能提升的机床立柱结构优化设计

以三轴直驱立式铣床的立柱为研究对象,以最大化静刚度与固有频率为目标,采用自适应成长法,对机床立柱的加强筋布局进行优化。为同步提升机床的抗振能力,选取对加工精度最敏感的若干个模态作为目标模态,在立柱上布置多级谐质量阻尼器(TMD)系统并确定了其最优安装位置及调谐参数。机床的动静态仿真结果表明,通过该设计方法,在立柱减重8.7%的同时维持了机床原有的动静态刚度性能,并在目标模态处对结构的振动响应进行了有效的抑制,验证了加强筋-TMD组合结构的设计可行性。

基于ABAQUS的动力总成悬置静刚度分析

汽车动力总成悬置系统的设计应满足支撑作用,合理的悬置静刚度能够抵抗静载荷作用下的结构变形。为了研究悬置静刚度特性,利用Catia软件对某乘用车的悬置建立三维模型,通过Hypermesh对模型进行六面体网格划分,将网格文件导入Abaqus进行有限元分析后处理。基于橡胶静刚度求解公式,拟合支座反力与位移函数求得橡胶衬套在X、Y、Z三向的静刚度数值,为橡胶衬套结构设计与优化提供了数据参考。结果显示,前悬置橡胶衬套在Y向的静刚度数值最大。

主轴静刚度的影响因素及计算分析

该文通过三种方法对主轴静刚度进行分析:主轴静刚度的理论计算、主轴有限元分析、实物测试试验验证。对比此三种方法得到的静刚度的值与误差率发现,该方法基本能够正确计算主轴的静刚度值,为主轴静刚度的计算和分析提供了准确的方法,并为主轴的性能指标和应用提供了理论依据。此外,该文还在理论上分析了主轴前悬伸、主轴轴承跨距及主轴轴承预紧等因素对主轴静刚度的影响,并系统分析了三个影响因素在主轴结构设计中应如何互相平衡,综合应用。对影响主轴静刚度的三个影响因素的影响因子进行了对比分析,为主轴的设计提供了理论依据。

基于虚位移原理的盾构推进系统静刚度建模与灵敏性分析

推进系统是盾构机的重要组成部分,其刚度性能将影响盾构机的掘进和转向等功能。为获得盾构推进系统有效的参数化刚度模型,以期能够准确地描述盾构推进系统静刚度在全工作空间内的变化规律,研究其静刚度建模方法。构建盾构推进系统的物理模型并进行运动和力分析,通过材料力学公式构建了盾构推进缸的刚度模型,基于虚位移原理构造机构末端各方向变形与力或力矩之间的关系,运用叠加原理得出盾构推进系统总刚度矩阵计算式,使用有限元法验证所建静刚度模型的准确性,并对其进行灵敏性分析,为盾构推进系统的结构设计优化和研究分析提供理论基础。

不同支撑方式的滚珠丝杠进给系统静/动刚度分析

滚珠丝杠进给系统是数控机床的重要组成部分,其静/动刚度对机床性能和稳定性有重要影响。在工作过程中,滚珠丝杠进给系统的静/动刚度随行程变化而变化。为研究不同支撑方式的滚珠丝杠进给系统静/动刚度特性,采用集中参数法,搭建系统动力学模型,开展行程范围内系统静/动刚度变化规律研究,并关注工件的质量和放置位置对系统静/动刚度的影响。结果显示:负行程中,随着行程增加,两端固定支撑的系统静/动刚度先减小后增大;一端固定一端浮动支撑方式的系统静/动刚度持续减小,且两者相比,两端固定支撑的系统动刚度对工件的质量和放置位置更为敏感,即固有频率变化相对较大。结果可用于指导滚珠丝杠进给系统的优化设计以及工作过程中工件的质量和放置位置的选择。

面向正向设计的数控插齿机静刚度建模方法研究

整机末端静刚度对插齿机的静、动特性和加工精度具有重要影响。从正向设计的角度出发,在提出结构件及包含转台在内的功能部件静刚度特性表征方法的基础上,通过分析结构件/功能部件在切削力作用下的变形,获得结构件/部件实际变形矩阵,依据插齿机拓扑结构,建立插齿机静刚度解析数学模型,解决了末端静刚度指标与结构件/功能部件刚度特征间的映射关系建模问题。同时,为验证所建立解析模型的有效性,建立了插齿机有限元模型,对比分析了解析模型与有限元计算结果。所建立的解析刚度模型为开展整机静刚度正向设计提供了理论基础。

网孔式弹性垫板动静刚度特性研究

弹性垫板在减缓列车与其走行基础相互动力作用方面具有重要作用,静刚度和动静刚度比是决定弹性垫板减缓性能的关键参数。针对一种新型蜂窝网孔式弹性垫板结构,建立三维有限元计算模型,并选用超弹性与黏弹性本构模型叠加的方式来模拟橡胶材料的力学特性,在弹性垫板材料参数不变的条件下,研究了网孔壁厚与孔径等关键参数的改变对网孔式弹性垫板动静刚度特性的影响,并与传统沟槽型弹性垫板进行对比。研究结果表明:在网孔孔径不变的条件下,随着网孔壁厚的增大,弹性垫板的静刚度增大,动静刚度比减小;在网孔壁厚不变的条件下,随着网孔孔径的增大,弹性垫板的静刚度减小,动静刚度比增大;与静刚度相近的传统沟槽型弹性垫板相比,网孔式弹性垫板具有动静刚度比较低、最大应力值较小以及应力分布更加均匀的特点。因此,合理地调整网孔壁厚与孔径的大小可以使网孔式弹性垫板适用于刚度要求不同的轨道结构,并且将网孔结构应用于轨下弹性垫板可以增强垫板的传力特性,延长垫板的使用寿命。