基于有限元法的农用车辆发动机连杆动静态态特性分析

连杆是农业车辆发动机的重要组成部分,由于农业车辆作业强度大,连杆作业过程中其结构、位移及应力变化严重影响作业性能。针对以上问题,本文以某厂生产的内燃机连杆为研究对象,利用三维建模软件NX10.0建立连杆组模型。采用有限元法对连杆杆身,大头轴瓦,小头衬套进行受力分析。研究表明:连杆受拉伸载荷时最大应力为199Mpa,受压缩载荷时最大应力为230Mpa,且在杆身两侧会发生翘曲变形,最大变形量为0.03mm。对连杆在自由模态和预应力模态下进行了动态特性分析,在设置了相同的接触条件和约束条件下,得到自由模态下前10阶的振型和预应力下前6阶的振型,发现变形总是在大、小头处,杆身与两端的过渡处,杆身的中间部位。本文研究结果为指导连杆组及发动机设计提供理论依据。     

半喂入式联合收割机弓齿式脱粒筒的动力特性分析

半喂入式联合收割机以其作业效率高、水田通用性好等优点获得了广泛应用,为了提高脱粒质量,脱粒筒的转速越来越高,增大了脱粒筒失效的可能性。首先建立了脱粒筒的参数化模型,并将模型导入ANSYS Workbench中进行静力学分析和预应力模态分析,分析脱粒筒的动力特性。通过静力学分析,确定了脱粒筒工作时的最大应力为14.8 MPa,远小于材料的屈服强度215 MPa,其最大变形量为0.008 9 mm;通过预应力模态分析,确定了脱粒筒前八阶模态的振频和振型,脱粒筒的干扰频率15.29 Hz远小于第一阶模态的振频48.042 Hz;通过分析,验证了脱粒筒工作时的安全性,同时也为脱粒筒的优化设计提供了理论依据。     

超高双立柱巷道堆垛机振动分析

 高度为24m和负载2700kg的双立柱巷道堆垛机的结构振动特性是该产品可靠性设计的关键因素,研究分析堆垛机的工况载荷结构受力和模态特性以验证其是否符合强度和振动要求。基于结构模态振动理论和有限元方法,运用耦合自由度方法对各零件结合面进行连接处理和施加工况边界条件,建立了超高双立柱堆垛机的真实复杂动力学分析有限元模型。在此基础上,计算了堆垛机结构的最大变形量和最大应力值,前10阶预应力模态频率和振型。分析了堆垛机的工况载荷结构强度,预应力模态振动特性和结构的振动不稳定情况。计算结果表明超高巷道堆垛机在工况载荷下具有很好的结构强度和较大的模态振动位移等特性,为以整机系统振动为目标的超高巷道堆垛机动态设计改进以及避免结构的共振提供理论指导和参考数据。     

挖坑机钻头的有限元分析与试验

为进一步合理设计钻头结构,采取理论与试验相结合的研究方法,对挖坑机钻头进行了挖坑试验和有限元法的静态与动态分析。通过挖坑试验得到2种典型工况下钻头的最大扭矩和铅垂阻力,将试验得到的最大阻力作为外载施加到钻头的三维实体模型上,利用有限元方法对挖坑机钻头进行静力学和模态分析。结果表明:钻头的最大等效应力为111.0 MPa,位于主刀架和主刀的连接螺栓孔内壁上;最大变形位移为0.68 mm,位于主切削刃最外角点。前6阶固有频率振型中,除了体现钻头整体扭转振动的第3阶模态有利于减小阻力及应力集中外,其余5阶振型均不利于钻头的平稳工作,应尽量避免。      

可独立操作半自动轨道式割胶机设计与分析

针对当前我国割胶机成本昂贵、作业难度大等问题,设计了一种可独立操作半自动轨道式割胶机,其机构简单、便于操作.利用Solidworks软件对割胶机进行总体设计,并对导轨装置、行走机构和切割装置进行参数化实体建模,将整机关键零部件导入Solidworks simulation,利用模态频率、静应力、载荷算例进行有限元结构分析,得到前5阶频率振型及应力、应变、位移云图.分析结果表明,振动变形主要发生在抵触杆与橡胶树表皮接触位置,且在小振幅和低阶模态频率(其值达到11.95 Hz)时,导轨装置与行走机构不会产生共振,行走机构没有出现明显的应力、应变集中,但导轨内壁的导向轮容易产生较大的位移变形;L型割胶刀上表面的Mises应力沿切应力方向递增时,割胶刀拉扯阻力将沿相同方向增大,但位移变形量不受影响.本分析为割胶机的设计和改进提供了方法和依据.     

牛蒡收获机的有限元模态试验与分析

针对研制的牛蒡收获机振动收获系统,为进一步优化该系统的作业性能,采用有限元模态分析与试验模态分析相结合的研究方法,获得该系统的前30阶的固有频率,以及各主要工作部件的典型振型。研究结果表明:系统的1~14阶模态(3.3~77Hz)主要表现为挖掘铲和振动连杆的弯振;15~20阶模态(79.47~125.37Hz)表现为扎草刀、支撑臂和振动连杆的弯曲振动;21~30阶模态(153.29~232.55Hz)表现为整机的末端振动,上述模态属性可为系统结构振动特性的描述及整机作业性能的优化提供依据。     

喷杆喷雾机前悬架上摆臂有限元及疲劳寿命分析

针对YTK850喷杆喷雾机前悬架上摆臂在多次作业后易出现疲劳失效的问题,通过建立喷杆喷雾机前悬架上摆臂的力学模型,计算出上摆臂在不平路面、转向、制动工况下的受力情况,得到理论的载荷数据,基于Workbench软件建立上摆臂的有限元模型,得到3种典型工况下的应力。结果表明,上摆臂的最大应力点出现在不平路面工况时减震器下安装支座与右前侧圆管连接处,应力最大值为130.12 MPa,变形量最大值为0.29 mm;利用试验得到的载荷数据,对前悬架上摆臂在不平路面工况下进行疲劳寿命分析,得到前悬架上摆臂疲劳寿命和安全系数分别为0.36年和1.79;通过对上摆臂进行优化,确定圆管外径为33 mm时,最大应力减小至94.17 MPa,最大变形量减小至0.098 mm,寿命提高到0.51年,安全系数提高到2.50,为喷杆喷雾机悬架系统的合理设计提供一定理论依据。     

基于ANSYS的双侧果园开沟机机架模态分析与结构改进

在双侧果园开沟机机架设计过程中,针对机架强度和刚度问题,利用Creo软件对机架固定段和折叠段进行参数化实体建模,导入到ANSYS Workbench中对机架进行有限元模态分析,得到其前6阶频率和振型,并进行结构性能分析。以结构强度及刚度为优化目标,以低阶模态频率和振动幅度为参考标准,针对固定段机架提出该机架结构的改进方案,采用增添桁架、消除焊接残余应力的方法增加其可靠性。结果表明:改进后的固定段机架前6阶固有频率范围为52.884～135.770Hz,最大变形量为0.055 724mm,其低阶模态频率和振动幅度得到有效改善,机架的整体刚性有了很大改进,满足设计要求。模态试验表明,有限元模态分析与模态试验结果的固有频率最大误差百分比为0.857%,振型基本一致。田间验证试验表明,应用改进后的机架进行开沟作业,作业质量完全符合NY/T 740―2003田间开沟机作业质量标准规定,性能稳定,满足果园开沟机的园艺要求。     

自走式植保车折腰转向底盘结构设计与仿真分析

为解决现有自走式植保机械难以适应复杂地形作业的问题,本研究设计了一款自走式植保车.针对不同的田间作业环境,车体结构上轮距和底盘离地间隙可调,其中轮距在1.0～1.3 m范围内可调,底盘离地间隙为0.5～1.3 m可调;通过对轮式车辆主要转向方式的对比分析,设计了中部折腰主动转向结构.为验证作业车底盘结构设计的合理性,对植保车底盘进行了有限元分析,得到了底盘在弯曲和扭转2种工况下的应力和位移分布图.植保作业车底盘最大应力为68.692 MPa,最大位移为0.5284 mm,均小于材料的屈服极限.并对底盘进行了模态分析,得到前6阶的固有频率(22.367～81.881 Hz)和振型,同时计算出外部激振频率最大为9.375 Hz,不会与底盘结构产生共振.分析结果表明,底盘结构设计符合工作要求,为自走式植保车底盘系统的研制奠定了基础.     

暗直榫欧式木窗专用数控机床主轴的有限元分析

通过主轴模型的建立、网格的划分、边界条件的设置和载荷的施加、刚度与强度分析以及模态分析,对暗直榫欧式木窗专用数控机床主轴的静态特性进行了有限元分析。结果表明:主轴加载后的最大位移出现在主轴最下端,且最大位移值为0.114 mm,是在误差的允许范围; 对主轴的应力、应变进行了分析,得到主轴的最大应力为282.76 MPa,小于主轴的许用应力[σ]=355 MPa,符合主轴的设计要求; 对主轴进行了模态分析,得到主轴前6阶固有频率,当机床工作时的固有频率低于主轴的1阶固有频率时,就不会引起机床的共振。并获得了主轴的位移云图、应力应变云图,验证其刚度在静态下均在许用范围内,可满足设计要求。     

6HT-100型核桃分级破壳机机架的有限元分析

[目的]机架是核桃分级破壳机的关键部件,为了研究其动态特性,掌握应力应变情况,明确机架在受力后的薄弱环节。[方法]首先分析该机机架的工作特性,结合核桃分级破壳机要求,确定机架结构参数;其次,利用三维实体建模软件Solid Works建立机架模型,将其通过接口导入ANSYS Workbench有限元分析软件中,对所建机架模型进行静力学和模态分析;最后求解并得到核桃分级破壳机机架的总变形图、等效应力云图、等效应变图及机架的前6阶模态频率和振型。[结果]结果表明,机架最大应力为23.48 MPa[τ]=68.96 MPa,模态频率为7.5~66.8Hz,机架结构设计合理,能够达到工作要求。[结论]为后续优化设计奠定基础并提供参考依据。     

空仓工况下群仓中各单仓动力相互作用分析

为研究群仓中各单仓之间的动力相互作用,以上海外高桥某储存粮食用群仓为背景,制作了2行3列共6个单仓组成的群仓模型,群仓模型具有钢板顶盖以模拟实际中的仓上建筑物,具有刚性底座以模拟实际中的基础结构。通过对空仓工况下的群仓模型进行有限元数值分析,得到了其各阶模态,对模型前五阶模态振型进行分析,结果表明,群仓模型前两阶模态振型为6个单仓一起沿群仓整体对称轴的弯曲变形,单仓之间动力相互作用可以忽略,而且前两阶模态振型相互正交。群仓模型第三阶模态振型为6个单仓绕群仓整体平面中心的扭转变形,同时伴随有4个角仓的弯曲变形,由于中间仓受约束程度强,其动力反应微弱;群仓模型第四阶、第五阶模态振型主要体现为4个角仓的局部变形,而不再是6个单仓的整体变形,单仓因所处位置不同受约束程度不同,动力反应大小不同;群仓模型的第三阶及以上模态振型体现了单仓之间的不同约束程度及动力相互作用。     

大落差管道清管冲击的有限元分析

中缅天然气管道云南段沿线地形复杂,多处形成了大落差起伏,给清管作业带来极大的安全隐患。针对大落差管道受清管器剧烈冲击而引起应力集中及变形的问题进行研究,基于有限元法建立清管冲击模型,分析管道受冲击时的动力学特性及在不同内压、清管器速度、土壤性质影响下的受力规律。结果表明:大落差管道受清管器冲击时,冲击力随时间变化曲线呈脉冲型波动;管道内压对清管冲击载荷影响显著,管道最大应力随内压增大而增大;清管器速度对冲击载荷影响较小;土壤类型为软塑性时,管道最大应力及变形会显著增大,并出现管-土分离状况。研究结果可为解决起伏地势下大落差管道安全清管问题提供理论依据。     

大功率往复式压缩机活塞杆有限元分析

使用ABAQUS对大功率往复式天然气压缩机活塞杆-活塞组件进行有限元分析,通过计算得到活塞杆在最大拉压工况下的应力分布,确定了危险截面的位置,并对活塞杆的拉压强度进行校核。最后对整个活塞杆-活塞组件进行前12阶的自由模态分析,得出活塞杆-活塞组件的固有频率和振型,为活塞杆的设计及改进提供参考依据。     

农用三轮车车架结构静动态特性仿真分析

对处于产品设计阶段的某新型太阳能农用电动三轮车车架结构进行静动态特性仿真分析.首先在Pro/e软件中建立车架CAD模型,然后在MSC.Patran/Nastran有限元分析软件中建立以板单元为基本单元的车架有限元模型,对车架进行静态应力分析、自由模态有限元分析和随机振动分析,求出三轮车车架结构的动应力和变形作用下的危险结点和截面.分析结果表明,车架静应力有较大富余,动应力超过了许可应力,在制动状态容易造成车架破坏.车架固有频率和固有振型分布较有利.提出并验证了车架结构的改进方案.车架改进后,在实车静载工况和实车制动工况下最大应力均小于车架改进前该工况的最大应力.车架第1阶固有频率变大,发生共振的可能性更小.振型突变基本消除,车架静、动态性能得到改善.分析结果为产品改型设计提供了理论依据.     

基于变密度法的油菜割晒机割台机架拓扑优化与试验

为减少履带式油菜割晒机割台在不同工况下的振动,应用Hypermesh软件建立割台拓扑优化空间,利用多体动力学方法建立基于RecurDyn的油菜割晒机虚拟样机模型,获得部件调试工况、转运工况和田间作业工况下割台运动副的动态载荷;采用折衷规划法构建割台静态刚度和动态频率的综合目标函数,根据层次分析法确定各子目标的权重;以体积分数、运动副极大值载荷为约束条件,得到割台空间结构的理想材料密度分布,综合考虑实际工程应用,对优化得到的割台机架进行规则化处理;建立优化后割台机架的有限元模型并开展有限元静力分析与模态分析,对比分析优化前、后割台测点处的振动幅值。结果显示：优化后最大应力值由107.99 MPa下降到65.45 MPa,最大变形量由0.82 mm下降到0.36 mm;前三阶固有频率有不同程度提高,第一阶固有频率提高到24.187 Hz。实际振动测试结果表明,优化后割台各测点振动幅值下降,割台整体振动减小,其中纵向切割器支架振幅值由4.83 m/s2下降到1.49 m/s2。     

基于ANSYS的水稻精量直播机械机架的有限元分析

为了使开发的水稻直播机的机架满足播种作业的承载要求,避免变形过大导致播深出现较大浮动而影响出苗率,同时为防止机架与发动机等激振源发生共振,影响排种的均匀性,利用ANSYS对机架进行系统分析。综合考虑平地行驶以及翻越田垄导致一轮离地等工况,发现当右前轮离地时应力和变形量最大,最大应力为58.969 MPa,最大变形量为1.662 9 mm。通过模态分析,获得机架的一阶固有频率为90.873 Hz,而激振频率在10～30 Hz范围内,远小于机架的固有频率,该状态下机架不会发生共振。通过对应力和大变形区的结构进行优化和强化,并重复进行了有限元仿真分析,结果表明变形量明显降低。上述工作表明设计开发的机架完全满足精量直播工作的要求,同时为进一步拓扑优化和轻量化设计提供了重要的理论依据。     

拉床构件的有限元分析及拓扑优化设计

利用有限元分析和拓扑优化技术,对拉床墙板结构进行了优化设计。建立墙板结构的有限元模型并进行前处理,结合墙板的实际工况,分析其应力应变分布和前四阶模态情况。利用LMS振动测试系统,测得了墙板的试验模态,将试验模态的各阶固有频率以及振型与有限元分析结果进行对比,二者具有良好的一致性。以改善墙板的静动态特性为目标进行拓扑优化和二次设计。分析结果表明,优化后的结果有更低的应力水平和更小的最大变形量,同时有更高的一阶固有频率,实现了设计目标。     

垂直摘锭结构参数优化设计与有限元分析

摘锭是采棉机在作业过程中与棉花和棉株直接接触的承载零件之一,外载荷引起的摘锭变形和折断等失效现象对采棉机采摘率有巨大的影响。对垂直摘锭结构进行理论受力分析,确定钩齿角度和摘锭内孔直径有效变化范围,建立16种参数组合模型,并利用有限元法对其结构进行静态和模态分析。静力学分析结果表明,不同钩齿角度间摘锭结构最大应力和变形量差异不明显,而随着内孔直径的增加,摘锭结构最大应力和变形量明显增大,其中最大应力在5.529 0～7.894 3 MPa之间,主要分布在钩齿齿根部位,变形量为0.008 1～0.009 1 mm,主要出现在摘锭的下半部;模态分析结果表明,摘锭结构的固有频率从第1阶开始均在400 Hz以上,避开了原动轴、滚筒轴以及自身的正常工作频率范围;通过对比分析应力、变形量,确定垂直摘锭内孔直径为16 mm的参数组合(16 mm-60°、16 mm-65°、16 mm-70°、16 mm-75°)较合理。结果可为采棉机关键零部件国产化、提高其工作效率和动力稳定性提供理论依据。     

足尺中密度纤维板振动模态分析

为了利用振动法无损检测足尺中密度纤维板整板的弹性模量,对足尺中密度纤维板的振动特性进行研究。为了求解足尺中密度纤维板在自由振动下的模态参数,对3种厚度的足尺中密度纤维板,分别进行计算模态分析和试验模态分析,并对其自由振动形式下,前3阶模态振型和频率进行对比和分析。结果表明:1)3种不同厚度的足尺中密度纤维板表现出了相同的振动模态形式:第一阶、第二阶振型都是沿着长度方向的弯曲振动,第三阶振型则是沿着宽度方向的弯曲振动;2)计算模态分析和试验模态分析所得到的频率结果有一定的差距,其中,第一阶模态计算频率稍小于试验频率,第二和第三阶模态计算频率均大于试验频率;但计算模态频率与试验模态频率间有很好的相关性,决定系数达到了0.981 6。