薄壁四点接触球轴承-腕部关节系统接触动力学分析

在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型,分析了不同受载工况和正反转驱动下的变形规律和动态特性。首先,基于多体动力学和Hertz接触理论,设计了包含薄壁四点接触球轴承和中空轴及基座的腕部关节系统刚柔耦合接触动力学仿真模型;然后,考虑薄壁中空轴、基座、轴承套圈和保持架的结构弹性变形、钢球和套圈滚道、保持架的动态接触作用,研究了机器人腕部关节系统两种实际工况对保持架和钢球角速度、保持架和薄壁基座振动位移、钢球与套圈的动态接触力的影响;最后,计算分析了两种工况下腕部关节系统的动态载荷规律和振动响应特性。研究结果表明:在相对较大的径向载荷作用下,保持架和钢球会出现打滑现象,速度呈现周期波动,保持架和基座具有更好的运动稳定性,其薄壁轴承内部载荷降低,主副接触对均承担联合载荷,轴承内部载荷稳定性也更好。该仿真模型及结果可以为薄壁腕部关节系统的动力学分析与设计提供参考。

不同计算模型下圆形水池底板内力分析

弹性地基上的底板设计,是水池结构设计的重点和难点。不同的计算模型与实际情况均有出入,计算所得的结果也会不相同,甚至出入较大。本文对两个实际工程中的圆形水池结构,采用有限元分析软件MIDAS GTS NX,分别建立反力直线分布假定模型、Winkler地基模型和弹性半空间地基模型,进行数值模拟计算。通过对底板变形和内力的对比分析,探讨壁板、底板与地基间的相互作用,为圆形水池结构设计提供理论指导。

改进的Winkler弹性地基模型在触地段动力分析中的应用

为了研究海洋立管触地段损伤管道在复杂荷载作用下的动力响应,本文基于Winkler弹性地基模型确定土体抗力及其分布,同时结合我国南海的地质条件,利用有限单元法将土体抗力离散成土弹簧,建立改进的Winkler弹性地基模型,并由室内模型试验验证该模型的正确性。通过将此模型应用于全尺寸损伤海底管道的动力分析,研究了触地段损伤管道不同节点的动力响应,结果与实际情况吻合,取得了良好的应用效果。表明该模型对处理实际的问题是有价值的,随着针对触地段管道研究的深入,这种价值也必然会得到越来越多的体现。

重载轮胎面内欧拉梁模型及耦合振动特性研究

针对重载子午轮胎扁平比接近1的结构特点,考虑柔性胎体与胎侧的耦合特性,建立面内刚柔耦合轮胎模型,并开展模态试验和振动响应分析。考虑胎体的弯曲效应,将胎侧等效为具有集中质量的分段弹簧,建立柔性胎体与胎侧的耦合的重载轮胎面内解析模型;开展重载轮胎面内胎体与胎侧耦合的试验模态测试与分析方法研究,获取重载轮胎面内柔性胎体与胎侧耦合的各阶固有频率,并利用重载轮胎试验和解析模态参数,采用遗传算法对轮胎的结构参数进行辨识;利用有限差分法,推导基于轮胎几何、结构参数的三参数的解析等效刚度参数,建立有限自由度的重载轮胎面内刚柔耦合模型,并开展重载轮胎面内耦合模态和振动特性研究和试验验证。理论分析与试验结果表明:(1)基于胎体与胎侧耦合的模态分析方法可表征重载轮胎300Hz内的振动;(2)基于欧拉梁和有限差分法的重载轮胎刚柔耦合模型可准确表征柔性胎体和胎侧的耦合振动特征;(3)重载轮胎刚柔耦合模型能在离散自由度为80的条件下实现较高的模态预测精度,预测误差保持在5%以内;(4)Newmark-β数值算法和刚柔耦合轮胎模型能够实现轮胎面内时域振动响应的准确模拟。

大扁平比胎侧解析刚度建模及轮胎动力学分析

针对重载轮胎大扁平比结构建模问题,从动力学建模、实验模态分析、结构参数辨识等方面,基于解析弹性基础的欧拉梁模型,对重载轮胎的柔性胎体和大扁平比胎侧曲梁的低频动力学特性开展研究,建立了考虑充气预紧力的欧拉梁胎体模型,利用实验模态方法,探究了不同充气压力下的柔性胎体振动特性;考虑胎侧曲梁预紧力弦效应和结构弯曲效应,建立了大扁平比胎侧曲梁解析刚度模型;基于模态测试结果,进行柔性胎体与解析胎侧结构参数辨识。研究结果表明:在0~180 Hz频率范围内,重载轮胎以结构周向弯曲振动为主,可利用基于弹性基础的柔性梁模型表征;大扁平比胎侧曲梁的解析刚度与胎侧的几何、结构和充气压力参数直接相关;轮胎充气压力影响柔性胎体梁的轴向预紧力和胎侧的弦刚度,进而影响轮胎弯曲振动特性。

埋地管线下方土体流失对管线受力变形的影响研究

埋地管线长期使用中会发生渗漏、管周土体不均匀沉降等问题,使得管线受力平衡状态被打破,在土体自重荷载和地表荷载的共同作用下容易引起邻近管线的破坏。为了分析管线的受力和变形,采用角点法和Winkler弹性地基梁理论,构建管-土耦合模型,推导出管线的受力变形方程。基于ABAQUS有限元软件模拟管-土耦合模型,对比分析数值模拟和理论计算的结果,以验证管线受力变形方程的有效性。结果表明:①基于Winkler弹性地基梁理论的管-土耦合作用模型可以求得有效的管线受力变形方程,其理论解与数值模拟解相差仅为3.31%~3.43%。②在地表荷载作用下,沿远离土体流失区中心方向,位移逐渐变小,剪力逐渐增大,且在土体流失区边缘附近达到峰值后慢慢减小,出现反弯剪力最后趋于零,而弯矩逐渐增大达到峰值后慢慢减小。③当无地表荷载作用时,管线的受力变形比有地表荷载作用时小17.32%~20.77%。所提出的管线受力变形方程能够正确反映上覆荷载作用下管线受力的基本特征,可为工程中管线受力变化控制提供参考依据。

基于边界分析的重载轮胎滚动过程接地角和印记非对称性分析与验证

基于解析弹性基础的柔性胎体模型,并考虑胎体圆环的径向变形与切向变形之间的耦合关系,为重载大扁平比轮胎建立了柔性环二维轮胎低频动力学模型。采用接地边界求解方法探究了轮胎的接地滚动过程中的接地角和接地印记的非对称特性,并进行了轮胎接地刚度和接地印记非线性实验验证。结果表明:采用接地边界求解可准确计算接地角和接地印记;基于胎内应变传感器的接地印记估计方法可间接测量轮胎滚动过程中的接地印记。