螺母丝杠机构的静力学仿真及可靠性分析

为保证螺母丝杠机构的安全运行,针对螺母丝杠的实际工况进行了静力学仿真,进而建立了螺母丝杠的磨损可靠性模型,并进行了可靠性分析和可靠度计算。根据螺母丝杠的实际工作情况,应用ANSYS Workbench软件对螺母丝杠进行了静力学仿真。在仿真结果的基础上,对螺母螺纹所受应力应变进行了不确定性分析,通过拟合响应面模型和蒙特卡洛抽样法得到了螺母丝杠机构的最大应力分布特征,利用参数化建模方法得到了螺母丝杠行程对其运行可靠性的影响情况。研究结果表明,当丝杠行程达到33 600 m后螺母丝杠部件的可靠度曲线开始快速下降。因此,在实际运行过程中,当螺母丝杠的行程达到33 600 m后,应提高检修频率,避免因螺母丝杠的磨损可靠度降低而导致故障或事故。

核心机台架静力学仿真

为验证所设计的核心机台架能否满足核心机的正常工作要求,基于ANSYS有限元仿真软件,对核心机台架4个组成部分进行静力学仿真。仿真研究表明,台架4个组成部分在工作过程中最大施加压力下的变形量微小,受力均远小于材料的屈服强度,从而验证了核心机台架设计的合理性。

基于乌龟壳结构的仿生球轴承静力学仿真分析

为了减轻轴承滚动体的质量,通过分析仿生乌龟壳的层状结构,提出了一种三层材料滚动体的仿生球轴承结构。首先,对符合赫兹理论的实心球轴承进行了接触应力的计算;然后,利用Workbench软件对实心球轴承进行了静力学仿真,得到了在误差允许范围内的仿真值与理论值;最后,利用该分析流程对不同中间层厚度滚动体的仿生球轴承进行了静力学分析,并将其与实心球轴承进行了相应的对比分析。研究结果表明:随着滚动体中间层厚度的增加,仿生球轴承的最大接触应力呈现出非线性下降趋势,且应力均低于实心球轴承;仿生球轴承的最大等效应力呈现出先减小、再增大的趋势;在设计的仿真试验中,当滚动体中间层厚度为5.0 mm时,仿生球轴承的最大等效应力最低,且低于实心球轴承;该研究结果可以为球轴承滚动体的结构设计提供理论依据。

控制棒驱动机构钩爪组件的静力学仿真及可靠性分析

控制棒驱动机构钩爪组件是核反应堆中重要的运动部件,其可靠性直接影响反应堆的正常运行。基于ANSYS workbench软件,对承载工况下的钩爪组件进行了静力学仿真,在仿真的基础上,赋予了输入变量的分散性,对钩爪的应力应变进行不确定性分析,并对其进行可靠性分析。分析计算结果显示,承载工况下的钩爪组件应力最大值出现在钩爪齿,3根销轴中钩爪轴所受应力最大;当前钩爪齿的强度可靠性较高,可以安全可靠的工作,后期需要重点关注钩爪齿的疲劳失效状态。

高速铁路接触网分段绝缘器静力学仿真与模态分析

基于为高速铁路接触网分段绝缘器的设计和评估提供合理参考,对某型号分段绝缘器进行静力学仿真以及模态分析,根据该分段绝缘器的结构特点,建立简化的有限元几何模型;并依据相关标准对分段绝缘器分别施加最大工作负荷31.5 kN以及拉伸破坏负荷下限94.5 kN进行静态强度计算,计算结果表明在两个工况下的分段绝缘器最大应力值均出现在线夹部分,满足该部分的材料屈服强度,也满足屈服强度较小的底座部分的材料屈服强度,经对分段绝缘器的空气绝缘间隙进行查看,其结果表明在两种工况下,空气间隙未发生变化,两侧间隙值均处在438 mm左右,满足了标准中给出的不小于300 mm的要求;另外还分析了该分段绝缘器前9阶的自由模态,给出了各阶模态下的固有频率与振型。

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。

大载重农用无人机静力学分析与优化设计

为研究大载重农用无人机结构在各种工况下的变形和等效应力变化,并对不满足极限工况的结构进行优化,利用Ansys-Workbench中的Static Structural和Response Surface Optimization模块分别对无人机结构进行了静力学仿真和优化设计。在Static Structural模块中对模型进行空载、满载、极限工况下的静力学仿真,发现其机臂结构的强度可能不满足极限工况下的最大等效应力。因此,在此基础上利用Response Surface Optimization模块对机臂进行了基于响应面法的优化设计,通过LHS试验设计方法建立Kriging模型,最终得到全局最优解。实验结果表明:此解在极限工况下的最大变形较优化前减小44.9%,最大等效应力减小31.6%,满足结构材料的强度要求。此研究不仅为无人机的设计和优化提供了理论依据,而且为WorkBench优化设计方法在多旋翼无人机领域内的应用奠定了基础。

基于ANSYS的自动上下料搅拌车车架仿真优化

混凝土搅拌车在工程建设中用途广泛,随着双碳经济的发展,搅拌车的轻量化逐渐成为企业中关注的问题。为了提高混凝土搅拌运输车的燃油经济性和整体稳定性,本文研究了3方自动上下料搅拌车车架在满载工作时上坡、下坡,静止状态下的铲斗举起和平放这4种工况的受力变化,并利用ANSYS软件对此4种典型工况进行了静力学分析,通过分析结果对比出最危险的工况后采用响应面分析并优化。研究结果表明,优化后的车架在重量减轻的同时也满足了材料的性能指标,最终达到了轻量化和节能降耗的目的。

非线性材料仿真精度提升的研究(三)——本构模型的选择

为了提升非线性材料的仿真精度,针对不同本构模型定义橡胶材料的仿真精度进行研究,对比采用Neo-Hookean模型、Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型、Ogden模型、Polynomical模型、Arruda-Boyce模型定义材料进行仿真的误差。首先针对标准压缩试样进行轴向压缩试验,得到轴向压缩的应力应变数据;其次将数据输入仿真软件中,采用不同本构模型进行数据拟合,得到模型参数,定义橡胶材料;然后对压缩试验进行仿真模拟,将得到的应力应变结果与试验数据进行对比,得出各模型的精度;最后针对空调室外机箱体脚垫进行仿真,选取最适合定义脚垫的本构模型。结果表明:采用Mooney-Rivlin二参数模型定义橡胶材料进行仿真,与测试结果的误差最小为3.2%,为后续非线性仿真提供了精度保障。

基于有限元法的GIL典型模块静动力仿真研究

GIL一般用于复杂工况,在实际工程应用中,GIL工程路径极其复杂,敷设过程涉及隧道、沉井等方式,需要避让不同类型的城市地下管线。以国内某工程GIL为案例,对该GIL工程的典型模块开展结构建模,进行多荷载组合下的静动力分析,验证处于复杂受力状态下的GIL结构是否能正常运行,并根据仿真结果对典型模块的支架布设进行优化处理,以期为后续GIL工程的设计、运行提供有益借鉴。

高孔隙度可再生骨支架仿真与实验研究

目的 确定单元体与股骨的最佳孔隙度骨支架结构。方法 通过扫描电镜分析选区激光熔化(Selective lasermelting,SLM)成形试样的微观结构;通过静力学模拟与实验分析不同孔隙度下标准结构与Voronoi多孔结构的压缩变形规律;通过生物力学仿真实验分析步态周期下标准结构与Voronoi多孔结构的应力分布情况。结果 在选区激光熔化成形的316L不锈钢微观组织中,均匀分布着细小的近六边形、伸长六边形的胞状结构和条柱状亚结构,受压时有利于分散应力,提高整体结构的稳定性;在压缩变形时,标准结构应力集中于垂直棱柱,易导致棱柱断裂引起试样倾斜;Voronoi结构连接杆的不均匀分布有利于分散应力,使Voronoi结构的最大等效应力(250.34 MPa)远低于标准结构(738.07 MPa),保证了整体受力均匀与结构稳定;在步态周期下,2种骨支架结构的应力随孔隙度的增加而增加,75%孔隙度的Voronoi结构具有更优异的承压能力与缓解应力屏蔽的作用。结论 通过模拟与试验分析,确定了单元体与股骨的最佳孔隙度及Voronoi结构优异的力学性能,验证了在步态周期下高孔隙度Voronoi骨支架结构的可靠性,为股骨置换手术提供了理论依据。

水体污染处理机器人垃圾收集装置设计与仿真分析

针对国内水体污染治理的需求,设计了一款智能化的水体污染处理机器人。通过对水面垃圾收集需求进行分析,设计了相应实现机构,利用SolidWorks软件建立收集装置的三维模型;对机器人的垃圾收集装置进行运动学仿真,获取关键节点的速度、加速度和位移曲线的变化。结果表明:垃圾收集装置运动平稳,验证了结构设计的合理性。在极限工况下,对垃圾收集装置进行静力学分析,各零件的最大应力均小于许用应力,表明垃圾收集装置满足刚度和强度要求。

免耕播种机用抱簧离合器设计及仿真分析

以DMB系列中免耕播种机变速箱为研究对象,设计了抱簧离合器,使用SolidWorks软件建立了离合器的三维几何模型,利用ANSYS Workbench仿真软件对抱簧离合器中主要零件进行静力学有限元分析,确定了离合器抱簧的应力应变变化规律。通过动力学分析,确定了抱簧离合器的动态性能参数,为抱簧离合器结构的优化设计提供了重要的数据参考,对于提升免耕播种机的工作性能以及离合器的可靠性具有重要意义。

基于ANSYS的房车主锁主要传动部件的静力学分析

以某房车门锁零部件为主要研究对象,利用SolidWorks软件建立了房车门锁的3D模型,导入到ANSYS软件中,根据实际情况中车锁的受力方向,在受力点对房车车锁添加了10g的惯性载荷,并进行了静力学分析,得到了保险水平销、锁芯连接块、锁舌插销、锁舌齿条以及主锁锁芯连接块的应力、应变云图。分析结果表明,房车主锁的主要零部件结构设计合理,强度满足标准要求。分析结论对房车主锁的研发具有一定参考意义。

基于Adams行星系统动力学仿真及有限元分析

以某微型机械手中JS行星齿轮的传动系统为研究对象,对该行星系统的传动比、各轴角速度、太阳轮与行星轮间啮合力、行星轮与内齿轮间啮合力、啮合频率等进行理论计算,得出该行星系统的运动学及动力学分析的理论值。利用Adams软件对该J S行星传动系统进行运动学和动力学仿真,得出该JS行星系统的运动学和动力学仿真结果。将该JS行星系统理论值与Adams软件仿真值进行对比分析,得出其两者的计算结果误差接近为零,由其误差可知,该虚拟样机模型为可行的。利用Creo Simulate对其进行有限元分析,得出该行星系统中关键零部件的静力学、疲劳和模态结果,根据所得结果判断其零部件强度可靠,进而验证该设计是合理可行。

基于ANSYS的工业机器人第七轴结构设计及仿真研究

为提高企业刹车盘智能生产线的生产效率,设计了上下料工业机器人第七轴——行进轴结构。结构采用斜齿轮齿条机构与直线导轨相结合的传动方式,并在导轨两端设置机械限位结构,防止机器人由于程序出错或电机故障而损坏。利用SolidWorks建模软件对工业机器人行进轴进行方案设计和校核,并结合相关有限元分析理论,利用ANSYS软件对行进轴结构中的关键部件进行静力学仿真,通过仿真结果验证了行进轴结构中关键部件的可靠性。该研究为实际投产提供了技术支持,能够有效缩短产品的制造周期,具有一定的应用前景。

基于Solidworks的育苗容器成型机支架结构优化设计

支架作为育苗容器成型机重要的零部件,其结构好坏直接影响安全生产。以初步设计的支架零件为研究对象,利用Solidworks对其进行静力学分析,得到其承受最大应力为150.7 MN·m^(-2),最小安全系数为2.333。为获得最优化设计,采取静力学有限元分析和设计算例迭代优化的方法自动更改参数值并优化计算。算例共获得7组参数,其中支架厚度4.5 mm、质量5.456 kg为最优设计。优化后的支架减少约16%的材料,此时其承受最大应力为156.0 MN·m^(-2),最小安全系数为2.254,各项数据满足强度要求。

老人服务机器人机械臂的动力学分析与轻量化设计研究

针对老人服务机器人机械臂的功能要求,提出了一种老人服务机器人的串联型六关节机械臂轻量化的设计方法。建立了机械臂的牛顿-欧拉动力学方程,并利用动力学方程的分析结果,选择了机械臂的直流伺服电机和减速系统等部件。在虚拟样机的基础上对机械臂进行了轻量化设计,包括利用CAD软件设计机械臂机构,利用CAE仿真软件对机械臂进行了静力学和动力学仿真,校验分析结果,选择能够实现机械臂轻量化的机械臂构架的材料,优化构架的结构。

末端牵引式上肢外骨骼结构设计与运动学分析

针对上肢外骨骼关节互联性较差、智能化水平低、本体尺寸较大及制造成本较高等缺点,设计了一种结构简单、价格低廉且可批量定制的新型桌面式三自由度末端牵引式上肢外骨骼。首先,根据患者的康复功能需求,结合人体上肢的尺寸进行整体的结构设计;其次,使用有限元仿真软件Ansys Workbench对关键零/部件进行静力学仿真,优化零件刚度、强度及尺寸,从而验证外骨骼材料及尺寸的合理性;然后采用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法建立坐标系,推导了正运动学并对末端位姿工作空间进行求解,并绘制了工作空间点云图;最后,使用Adams软件对末端牵引式上肢外骨骼进行了运动学分析。结果表明,末端牵引式上肢外骨骼结构设计合理,能够满足上肢运动功能障碍患者的康复训练要求。

冷轧钢带双头开卷机的设计与分析

为解决目前单侧上卷冷轧开卷机工作效率低等问题,设计了一种新型的双头开卷机,由引导机构、支撑机构、胀紧固定机构、开卷机主体等构成。为代替人工手动引卷,在开卷机一侧安装了引导机构,通过调整引导直板可以自动完成引卷;针对主轴长期承受压应力易发生应力疲劳,在主轴下侧安装了支撑机构,可以转移部分钢卷的压应力从而提高主轴工作稳定性;针对现有开卷机效率低,在支撑主轴两侧分别安装了固定机构,两侧固定机构通过联动控制可以实现开卷与上卷同步进行。利用CATIA建立了开卷机各机构模型,并完成了整机装配,对开卷机进行了运动干涉检查,结果表明开卷机运动无干涉。对开卷过程进行了静力学分析,应力云图显示固定机构的最大应力为830.837 kPa,未超过材料许用应力。