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。

探测器机械结构静力学分析与轻量化设计

在产品设计过程中,机械结构的静力学分析与轻量化设计对产品的整体质量有着极为重要的影响。对产品的机械结构进行静力学分析可以保证产品有较好稳定性,对产品进行轻量化设计则是提高产品的综合性能,比如在不影响强度的情况下减小产品质量,从而提高产品综合品质。基于此,本文将结合3He管探测器的设计,对其主要部件进行静力学分析,并借助静力学分析结果对探测器的密闭腔体与盖板进行轻量化设计。

清林机履带底盘架静力学分析及优化设计

以自主设计的清林机为研究目标,对其履带底盘架进行静力学分析并优化。首先对履带底盘所需主要参数进行设计计算,根据计算结果在Solidworks软件中初步建立了三维模型。而后利用Ansys软件对履带底盘架进行静力学分析,结果显示其强度满足使用要求,但材料性能有冗余,故对其进行了拓扑优化设计,根据优化结果重新建立了三维模型,并对其进行了静力学分析。分析结果显示优化后的履带底盘架性能仍满足使用要求,材料性能冗余的情况得到了改善,并且降低了履带底盘的重量,为之后类似机构的优化设计提供了参考。

基于ANSYS水环真空泵转子静力学和模态分析

水环真空泵具有构造简单、等温压缩、方便使用维修等特点,特别适合抽吸和压缩易燃易爆气体。转子部件在水环真空泵的稳定运行中发挥关键作用,其设计强度直接影响着产品的质量和寿命。通过ANSYS有限元分析软件对转子部件进行了静力学分析和模态分析。结果表明:水环真空泵泵轴和叶轮最大变形量均未超过材料允许的变形量。通过模态分析可知水环真空泵工作转速远低于转子系统的一阶临界转速,系统不会发生共振。研究验证了水环真空泵的工作可靠性,为转子部件以及产品整体结构优化设计提供了理论依据。

腐蚀环境下钢/铝压印-胶接复合接头的静力学性能研究

为探究铝合金压印接头的静力学性能以及腐蚀对压印-胶接复合接头(简称压-胶复合接头)静力学性能的影响,以AA5052铝合金和DP590双相钢为试验板材,分别制备铝/铝组合及钢/铝组合的压印接头和压-胶复合接头,对各组接头开展拉伸试验,并结合扫描电镜分析其静力学性能和失效机理。随后,以0.02 mol/L的NaHSO3溶液作为腐蚀介质,对静力学性能最优的接头试件进行周浸加速腐蚀试验。结果表明:选用强度较大的板材作为上板可以提高压印接头和压-胶复合接头的静力学性能,可将2种接头的失效形式由颈部断裂优化为底部脱落与颈部断裂混合。使用胶黏剂可提升压印接头的静力学性能,但对其失效形式无显著影响。在酸性环境中,钢/铝压-胶复合接头的失效形式由底部脱落与颈部断裂混合逐渐转变为颈部断裂,说明腐蚀老化会导致接头上板的颈部变薄,使其成为剪力传递过程中的薄弱环节而发生断裂。在腐蚀过程中,钢/铝压-胶复合接头的峰值载荷呈递减趋势,能量吸收值呈“台阶”式下降。在中长腐蚀周期下,钢/铝压-胶复合接头的峰值载荷与能量吸收值的下降幅度较小,表明堆积于板材表面的腐蚀物会抑制接头的腐蚀效应。研究结果可为后续的汽车轻量化设计和评估提供参考。

EPE网套包装皇冠梨的静力学特性及损伤研究

目的模拟皇冠梨在物流运输中受静压情况,研究发泡聚乙烯(Expandable Polyethylene,EPE)网套包装皇冠梨在横向、纵向及斜向上的静压力学特性及损伤。方法主要采用皇冠梨准静态压缩试验和有限元分析法。结果横向、纵向及斜向仿真与试验的结果相对误差分别为1.21%、5.49%和5.55%,验证了有限元模型的准确性。与皇冠梨裸果相比,在横向、纵向及斜向静压下,EPE网套包装皇冠梨出现初始损伤的位移分别提高了3.5倍、2.9倍和2.3倍;压缩位移为15 mm时,EPE网套包装皇冠梨承受的静压力分别减小了76.1%、74.4%和51.0%;梨果压缩至破裂时,EPE网套包装皇冠梨承受的静压力分别提高了17.9%、14.9%和21.5%,抵抗外界变形量分别提高了1.9倍、1.8倍和1.7倍。EPE网套包装皇冠梨损伤面积和体积百分比均保持在5%以下。结论EPE网套包装对静压下皇冠梨的缓冲效果明显,提高了其静压承载力,减小了静压损伤,可为皇冠梨缓冲包装设计及采收减损提供一定的参考。

柔顺并联机构运动静力学建模与实验研究

柔顺并联机构具有无摩擦、无磨损、无间隙、整体加工和较少装配等优点,广泛应用于微/纳米定位领域。针对大行程平面柔顺并联机构,提出了基于柔度矩阵法的运动静力学建模方法。应用该方法,建立了3-PPR平面柔顺并联机构的运动静力学模型。为进一步验证模型的正确性,设计了基于三轴激光干涉仪和NI数据采集模块的多传感信号同步数据采集系统,并搭建了实验装置,实现了对机构驱动力、关节位移和末端位移的数据采集与分析。实验结果验证了实验方法的可行性和模型的正确性。

基于混合元的变刚度层合板静力学分析

针对变刚度层合结构,大多采用板壳理论或常规的位移有限元法分析其力学行为。相较位移元,非协调广义部分混合元同时引入位移和应力边界条件,提高了应力结果精度,且边界应力更符合真实情况。扩展了纯弹性体的非协调广义部分混合元理论,提出适用于变刚度层合结构修正的非协调广义部分混合元模型。与ABAQUS计算结果对比证明,即使在网格较稀疏的情况下,该文方法也具有较好的适用性,且数值结果精确度高。通过算例分析了纤维铺设角度的变化对变刚度层合板平面内位移场的影响,可为变刚度结构的设计提供一定的思路。

钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接静力学性能研究

对钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接进行静力学性能研究。先对相同试件宽度及连接端距下的2种不同料厚组合的钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接试件进行静力学试验,而后对同一料厚组合不同试件宽度W及连接端距E下的盲端拉铆连接组合进行静力学试验,以研究钢板与碳纤复合材料盲端拉铆连接的静力学性能、失效模式以及试件宽度、连接端距对其静力学性能的影响。研究表明:采用盲端拉铆钉连接钢板与碳纤板可获得较好的力学性能;碳纤板与钢板盲端拉铆连接组合的失效模式及连接最大破坏载荷与三维编织碳纤板切割方向相关;试件宽度及连接端距对连接的失效模式及最大破坏载荷均有影响。

新型钢坯修磨设备的静力学及动力学分析

钢坯因生产工序的原因其表面有氧化层及缺陷,故必须通过磨削的方法进行表面修磨。针对目前没有专用的设备对大型的方形钢坯料进行表面修磨的问题,设计了一种方形钢坯修磨设备,并利用ADAMS软件完成了运动学仿真验证。结果表明,修磨设备可同时平稳完成对两相邻面的打磨作业。利用有限元软件ANSYS,对修磨机进行受载下的应力分析、模态分析,并对结构进行了改进;根据简化运动学模型进行静力学分析,得到了所需输入驱动力矩,并对关键部件弹簧完成了选型。理论计算及仿真结果表明,此修磨设备能够高效地完成对大型方形钢坯表面的磨削任务。

木勺上料装置静力学分析与结构优化

有限元法是一种求解偏微分方程边值问题近似解的数值计算方法,因其原理简单、求解能力强等优点,在静力学分析、动力学分析、热传导等领域得到了广泛的应用,在处理复杂的非线性边界条件时具有明显优势,通过有限元分析软件,对上料装置进行静力学分析,通过对有限元分析得到的结果进行分析,找出装置应力集中及变形量较大的位置,并对不合理的位置进行结构优化,从而实现对结构的优化,保证上料装置的力学性能及结构的合理,减少实际试错成本。

六轴焊接机器人的运动学仿真与静力学分析

将一符合Pieper准则的E03系列六轴焊接机器人作为实验对象,利用SDH(Standard-Denavit-Hartenberg)方法确定其D-H参数并创建DH模型。基于软件MATLAB与Soildworks中的Tool-box和Simulation展开运动学、静力学分析求解。完成正逆运动学推导,其中表达与求解形式分别采用齐次变换矩阵与解析法,对机器人运动学建模完成了验证。对机械臂空间轨迹采用了笛卡尔空间规划与带抛物线关节空间线性优化,实验经优化后取得运动曲线性能良好。实验完成了机械臂静力学分析与限定方法下的工作空间分析求解,整体实验保障并且提升了机械臂的工作性能,为机械臂后续实际工作与开发奠定了理论基础,对同系列或构型机械臂具有实际应用价值。

一种超市搬运机器人结构设计及底盘静力学分析

针对超市货品整理搬运效率低的问题,基于Inventor设计了一款智能化的超市货品搬运机器人。完成了机器人的整体结构设计,分析了执行机构和底盘的结构组成及工作原理,并针对底盘关键部件进行了静力学分析,分别研究了车轮轴、车轮支架、车轮轮毂及底盘的变形、应力及应变情况,可为解决超市货品整理工作的相关搬运机器人的设计提供参考。

静力学辨识力矩补偿控制抑制机械臂振动研究

机械臂在完成定位抓取时,由于本身存在柔性引起振动影响机械臂的工作效率。因此,大多专家学者通过设计控制器进行开环前馈控制,但由于忽略机械臂关节端摩擦和电机端摩擦等非线性因素,控制器控制精度不足,抑制关节振动效果欠佳。对此提出通过静力学辨识得到准确的摩擦力矩补偿量,设计精确的关节力矩补偿控制律。最后,通过MATLAB仿真验证方法的有效性。

秸秆揉碎机转子静力学特性分析与轻量优化

为解决目前秸秆揉碎机能耗高、效率低的问题,对其关键部件转子结构进行设计与计算;采用离散元法与有限元法耦合的方法对转子受载工况下的应力应变进行分析,基于静力学计算结果,在保持转子最大刚度前提下对其拓扑优化;对优化后的转子振动特性分析,确定揉碎机避开共振的工作转速。分析表明:所设计的秸秆揉碎机转子强度和刚度满足使用需求;拓扑优化后转子质量减轻17.19%,优化后转子受力均匀且应力应变较优化前无明显变化;由共振分析可知,揉碎机转速在1550~2300 r/min时,可以满足使用要求且不易发生共振。为饲草加工机械研发和改善其工作性能提供方法参考。

基于改进球轴承拟静力学算法的多轴承支承轴系模型

针对传统球轴承拟静力学模型计算精度低以及收敛困难的问题,提出了根据球与沟道接触状态修正迭代初值的改进算法,在此基础上采用考虑剪切变形的铁摩辛柯梁单元建立轴承在定位预紧、定压预紧下与轴的耦合模型,并以某3套角接触球轴承支承的轴系为研究对象,将所提出的多轴承支承轴系模型与Romax仿真结果对比,轴系变形和轴承支反力一致性较好,证明了模型的正确性,同时相比传统拟静力学模型,改进模型大大提高了轴系在不同工况下的收敛性。

煤矿带式输送机改向滚筒静力学分析

以DLL160/400/4×900煤矿带式输送机为研究对象,对带式输送机改向滚筒静力学分析进行了分析。应用该方法分析时,先要构建出相应的仿真模型,然后分别从静力学、焊缝应力及疲劳寿命等方面着手,全面对带式输送机改向滚筒运行状态进行分析,确定改向滚筒的受力薄弱点,最后通过实例的方式对静力学分析方法应用效果进行评估,以此为煤矿带式输送机改向滚筒的设计提供支持。

薄煤层采煤机双轴螺旋部件静力学与模态分析

以MZ110/235型采煤机为研究对象,介绍一种基于有限元分析的薄煤层采煤机双轴螺旋部件静力学与模态分析方法。将双轴螺旋部件规格尺寸、材料特性等相关参数添加到CREO软件内,由此构建出螺旋部件三维模型,并通过ANSYS软件划分网格与添加载荷后,自动对螺旋部件的静力学特性与模态特性进行分析,以此寻找出螺旋部件的薄弱点,为螺旋部件结构的优化设计提供支持,使整个采煤机更好地运行。

液压支架顶梁结构偏载工况下的静力学分析及结构优化

以ZY29000/45/100D型液压支架的顶梁结构为研究对象,基于有限元方法对顶梁偏载荷工况下的静力学情况进行分析。结果发现,顶梁结构出现了明显的应力和变形集中现象,特别是多个位置应力较大,应力最大值达到了966 MPa,超过了材料的屈服极限690 MPa,是导致顶梁容易出现断裂、变形的原因。通过增加筋板厚度并设置斜向加强筋的方式对顶梁进行结构优化,提升其强度和刚度。结果使得相同工况下其应力最大值和变形最大值分别降低了41.9%和26.76%。通过1年的实践应用,发现优化后的顶梁结构达到了预期效果。

不同工况下煤矿液压组合支架静力学分析

以某煤矿企业自研液压组合支架为研究对象,基于有限元分析方法对其进行建模和仿真分析,以此明确该煤矿液压组合支架在均布载荷、集中载荷、偏载、扭转载荷四种典型工况下的静力学分布特征,并对其应力和位移的分布情况进行汇总分析。结果显示,除偏载工况外,其他条件下的液压组合支架在力学性能上基本符合要求。