基于离散元法的茶园松土装置结构的优化与仿真试验

针对目前大多数茶园松土装置使用的旋耕刀区域针对性不强,不适用于南方山地丘陵地形,耕作效果不佳、耗能大、土壤保墒能力差等问题,应用离散元法对旋耕刀的工作过程进行动力学仿真和结构优化.以福建山地茶园土壤为试验样本,采用Hertz-Mindlin with Bonding模型作为土壤颗粒间的接触模型;以弯刀的正切面折弯角、弯曲半径和单刀切削幅宽为试验因素,设计三因素六水平的均匀试验,进行旋耕刀—土壤动力学仿真试验,以旋耕转轴扭矩和土壤扰动系数为评价指标.仿真试验结果表明,在折弯角128°、弯曲半径20 mm、单刀切削幅宽36 mm条件下,转轴扭矩值和土壤扰动系数都较小.     

连续管与夹持块干涉的应力应变分析

连续管的损伤是连续管疲劳失效的重要原因。在连续管作业时,注入头链条传动的夹持块在切出过程中将与连续管发生干涉现象,在连续管中产生较大的应变。应用有限元计算分析了最大应变与各个几何参数之间的关系。研究结果表明,连续管最大应变受切出角和夹持块端部距转动中心的轴线方向距离h的影响较大,切出角越大,应力越大;h越大,应力越大。因此尽量采用单节距夹持块,若采用双节距夹持块时,切入切出角应不大于1°。     

面向采摘机械手的蒜薹力学特性试验研究

为确定蒜薹的机械化采摘参数,以收获期蒜薹为对象,进行不同部位蒜薹的拉伸和压缩试验,以及整根蒜薹的拉伸试验。结果表明:拉伸初期,拉应力与应变近似线性增长,表现出弹性材料的特征;当应变增大到一定值时,拉应力随着应变缓慢增大,表现出弹塑性材料的特征。从顶部到根部,蒜薹的最大拉应力单调递减,最大压力总体呈现减小的趋势,蒜薹的弹性性能逐渐减弱,相同压力下的压缩变形量依次减小。当拉伸速度为20mm/min时,90%的蒜薹在根部断裂,此时最大拉应力为(1.2±0.1)MPa,最大应变为0.15±0.04。采摘机械手夹持蒜薹的最佳部位为蒜薹中部以上,夹持载荷应4.1N/mm。可用对数函数和多项式函数分别表达蒜薹的拉应力与应变及压力与压缩变形量的关系。     

拉扭加载下疲劳裂纹扩展的试验研究

对航空材料LY12CZ进行了多种比例和非比例拉扭双轴加载下的疲劳试验。采用弹塑性有限元方法对缺口孔边的应力应变进行了分析,探讨疲劳裂纹扩展方向与孔边各应力和应变分量之间的关系。比较分析结果与试验数据得出比例加载下,疲劳裂纹基本上在垂直于最大主应变方向扩展。45°及90°非比例加载下,疲劳裂纹沿着最大剪应变平面扩展。     

基于ADAMS旋耕刀工作参数优化及ANSYS仿真分析

为达到旋耕刀最佳工作状态,并对该状态下旋耕刀进行设计及校核验证,以复式作业机械为平台,对旋耕刀尺寸参数进行设计,确定旋耕刀外形尺寸参数为弯刀R240。采用UG三维软件结合设计尺寸参数建立旋耕刀三维模型,将模型导入ADAMS仿真软件进行运动学分析,得到旋耕刀最佳转速为ω=5 r/s,机组最佳前进速度为V=1.537 8 m/s。根据旋耕刀工作参数计算出旋耕刀工作载荷F=448.56 N,采用ANSYS软件在工作载荷的作用下分析校核旋耕刀。结果表明,刀尖变形量最大,为0.249 mm,刀柄所受的应力最大,为48.65 MPa,远小于许用应力300 MPa,满足工作要求。本研究为复式作业机械的旋耕部件改进设计提供了参考依据。     

冷却剂参数对铣槽喷管低周疲劳寿命的影响

采用有限体积流固耦合计算方法、非线性有限元热结构耦合分析方法和局部应变法研究大面积比铣槽喷管三维再生冷却槽道在循环工作条件下的热结构变形与低周疲劳寿命,并对比分析了冷却剂质量流量与入口温度对铣槽喷管疲劳使用寿命的影响。计算结果表明,铣槽喷管热结构响应呈现复杂的三维效应,应变较大位置主要分布在与肋连接的内衬区域,喷管中部的残余应变量最大；冷却槽道低周疲劳寿命分布和热结构响应基本一致,最小寿命位于喷管中部与肋相连的内衬区域燃气侧；随冷却剂质量流量增加,铣槽喷管低周疲劳寿命不断提高；随冷却剂入口温度增加喷管尾部低周疲劳寿命值不断降低,而喷管中前部的低周疲劳寿命值却不断提高,当冷却剂入口温度为280K左右时,本文的铣槽喷管总体使用寿命达到最大。      

水稻秧盘育秧制浆刀片匀浆过程分析及其优化设计

针对现阶段水稻秧盘育秧技术中制匀泥浆效率低下的问题,采用正交设计方法、计算流体动力学数值模拟和试验分析,对不同参数刀片在水田中匀浆作业时的匀浆效果和功率损耗进行研究。结果表明:1)单刀切削幅宽为影响泥浆运动速度和功率损耗的最大因素,折弯角影响不明显;2)当刀片滑切角为50°,折弯角为115°,单刀切削幅宽为60 mm时,刀片匀浆效果好;当滑切角为30°,折弯角为135°,单刀切削幅宽为20 mm时,功率损耗小;3)刀片中心面处和刀片折弯侧0.1 m处刀片打匀泥浆效果良好;4)功率损耗仿真值与试验值平均相对误差为12.16%,在可接受范围内。     

农用柴油发动机变压缩比机构设计及主要部件仿真

增大发动机压缩比可提高发动机的动力性,但又会影响其工作的可靠性及寿命,为解决此矛盾,设计了一种农用柴油发动机的变压缩比机构,在发动机不同工况下实现了液压控制的压缩比自动调节,压缩比的变化范围为15～19;在发动机冷启动及中小负荷时压缩比为19,在发动机大负荷时压缩比为15。通过ANSYS有限元软件对活塞组及齿轮齿条进行了仿真,得到了不同压缩比、不同工况下的应力、应变云图。仿真结果表明:活塞组的最大应力出现在活塞顶面凹坑位置,其数值为0.0535 22MPa;齿轮齿条的最大应力出现在齿轮齿条与传动齿条的啮合位置,其数值为0.198 445MPa;活塞组的最大应变出现在活塞与活塞杆的连接部位,其数值为0.000 863mm,齿轮齿条的最大应变出现齿轮齿条与传动齿条啮合齿的根部,其数值为0.003 326mm,所设计的变压缩比机构能够满足发动机工作要求。     

基于ANSYS的果园避障旋耕机旋耕刀片有限元分析

对果园避障旋耕机旋耕刀片特殊工况下(机组前进作业时机架附加横向运动)的受力状况进行了理论分析与计算,获得了单刀受力的数学模型。运用Solid Works软件建立了旱地用C型旋耕刀实体模型,基于ANSYS Workbench分别对旋耕左刀和右刀进行了正常工况与避障作业2种情况下的应力、应变与变形仿真分析。仿真结果表明,避障动作改变了旋耕刀的受力状况,但对旋耕刀片最大应力、应变、变形的位置没有产生影响。仿真结果为分析特殊工况下旋耕刀失效形式、安全性能提供了方法,也为研究设计新型旋耕刀片提供了理论依据。     

玄武岩纤维气瓶非测地线缠绕强度模拟与爆破试验

纤维缠绕增强耐压容器在封头处易出现应力集中和纤维堆积，是其整体破坏失效的薄弱环节，强化气瓶承压时的封头安全性能尤为重要。选择玄武岩纤维增强复合材料气瓶为研究对象，计算得出偏离测地线0°～9°范围缠绕时，可实现稳定的非测地线缠绕。建立不同缠绕角度的气瓶有限元分析模型，分析其对气瓶封头应变分布的影响。结果表明：随着缠绕偏离角的增大，在35 MPa工作压力下，封头最大应变和应变分布范围均在23°缠绕角时最小；在119 MPa最小爆破压力下，封头处的最大应变在23°缠绕角出现拐点；沿封头内外壁路径的应力分布表明，非测地线缠绕可明显降低整个封头部位的应力。通过水压爆破试验进一步验证了数值模拟结果，研究结果可为优化压缩天然气和氢气储运装备的安全性提供参考。（图13，表3，参25）     

船舶主机疲劳寿命预测

低周热疲劳寿命是评价船舶主机可靠性的一个主要指标和特征量。作者以舰艇主机１２Ｖ１８０型柴油机及其活塞为例,根据主机的“起动－停车”波型,运用ＡＤＩＮＡＴ和ＡＤＩＮＡ程序设计了活塞的温度场和循环应力应变场以及Ｍｉｓｅｓ当量应力应变场;同时采用２种带环状缺口的圆柱形试件进行了热疲劳（同相和异相热疲劳）和高温低周疲劳模拟试验及应力应变计算分析。试件模拟试验和计算分析表明：Ｍｉｓｅｓ当量应变范围与疲劳寿命     

自走式茶园微耕机的设计

茶园的除草、碎土是茶园管理的重要环节,传统的除草碎土方式都是人工操作,作业效率低,劳动强度大。为了提高茶园的除草碎土效率,设计制造一种自走式茶园微耕机,使用ansys软件对刀片和刀轴进行静力学分析,得出刀片刀轴的最大应力与最大应变的位置。最后对微耕机进行性能实验,结果表明,该微耕机耕作幅宽365 mm,耕作深度118 mm,稳定性系数达91.6%,能够有效满足茶园耕作的需求并保证工作的稳定性。     

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。     

基于平模模孔结构参数的疲劳寿命分析

平模作为平模成型机的关键零件,具有易磨损、疲劳寿命低的特点。本文以ZL-300型平模成型机为研究对象,使用三维建模软件Solidworks建立平模的三维模型,利用有限元分析软件ABAQUS、疲劳寿命分析软件FE-SAFE软件进行联合仿真,模拟平模的静力学强度和疲劳寿命,研究模孔倒角(350、450、550)、长径比(5:1、5.5:1、6:1)对平模疲劳寿命的影响,得到静力学分析的应力最大值与疲劳分析的循环次数最小值位置基本相同,模孔边缘位置处疲劳寿命较低,当平模倒角为35~0、长径比为6:1时,平模的疲劳寿命较高。     

基于非参数雨流外推法的车架载荷谱与疲劳寿命分析

针对农用机械工况复杂,受力多变,对结构件寿命影响很大的问题,以蔬菜田间作业动力机械车架为研究对象,对车架载荷谱及疲劳寿命情况进行研究。采用有限元分析方法,对车架进行应力分析并选取测点;采取建立由应变片、应变调理仪、信号采集仪等组成的应力载荷测试系统进行载荷测试试验,测得犁地和路面行驶2种典型工况下应力时间历程;拟用傅里叶变换频率检验和离散自函数平稳性分析方法,确定信号符合随机载荷信号特征;采用数据处理方法消除信号干扰因素。对测得应力载荷数据进行非参数雨流外推,基于外推结果编制车架应力载荷谱并进行疲劳寿命预测研究。结果表明:损伤值最大的测点寿命预估结果为1.043×1013 h,满足使用要求,该方法适用于农业机械结构载荷谱编制及疲劳寿命预测,可为农业机械结构载荷谱编制及疲劳寿命预估提供参考。     

农用柴油发动机燃油分配泵结构设计与主要部件仿真

设计了一种农用柴油发动机的燃油分配泵,并对其工作过程进行了分析。通过对燃油分配泵的主要传动部件进行的有限元建模与仿真,得到了分配柱塞、平面凸轮、联轴器、驱动轴的应力及应变云图。仿真结果表明:分配柱塞的最大应力为47.932 MPa,最大应变为7.99×10-9 mm;平面凸轮的最大应力为179.089 MPa,最大应变为2.17×10-8 mm;联轴器的最大应力为0.8405 MPa,最大应变为3.60×10-12 mm;驱动轴的最大应力为0.0684 MPa,最大应变为6.42×10-11 mm。所设计的主要部件能够满足分配泵的工作要求。     

中俄东线直径1422mmX80钢级冷弯管设计参数的确定

为了满足中俄东线工程建设的实际需求,需要开展直径1 422 mm、X80钢级管道冷弯管设计参数的相关研究。采用AS 2885.1-2012《管道-天然气和石油管道第1部分:设计和建造》中的公式计算得出冷弯管的最大弯曲角度为6.48°;再通过冷弯管弯制过程中的应力应变有限元模拟分析,得到当弯曲角度为6~8°时,管道处于弹塑性区,满足变形要求。经过实验室及中俄东线试验段的现场验证,弯制的6.4°冷弯管回弹量及变形量均匀稳定,椭圆度、壁厚及内弧波浪度等指标均控制良好,能够满足工程要求。经过相关计算、分析及验证,最终确定中俄东线直径1 422 mm、X80钢级冷弯管的最大弯曲角度为6°,曲率半径不小于50倍钢管外径(71 100 mm)。该结果可为中俄东线天然气管道工程建设提供指导。     

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。     

不同破损位置对膨胀土力学特性影响的三轴试验研究

以南水北调中线工程陶岔引水渠坡的膨胀土为研究对象,利用X-Ray CT断层扫描技术机配套使用的CT-多功能土工三轴仪,对不同损伤位置的3组重塑膨胀土样进行控制吸力为50kPa和净围压为100kPa的CT-三轴压缩试验.通过CT扫描设备获得试验过程中土样内部结构的实时演化情况.试验结果表明:不同损伤位置的圆柱孔对土体的强度特性和变形特性有分阶段、不同程度的影响,轴向应变小于11%时,相同损伤面积不同损伤位置的试样的偏应力-轴向应变关系曲线形式基本重合;但当轴向应变大于11%以后,6mm中孔试样表现出与其他两个试样不同的明显的应变软化特征.而体应变-轴向应变关系曲线只在应变小于6%范围内表现出基本相似的变化规律,后阶段6mm中孔试样体变速率加剧.同时在剪切过程中,损伤位置也影响土体内部结构的演变规律,损伤位置越靠近中间的试样其ME值和SD值都将越大.     

不同断层对埋地管道受力性能的影响

为了研究埋地管道在不同形式断层作用下的受力性能,自制了土箱试验装置,借此装置模拟断层的错动,测量得到埋地管道在断层错动作用下的应变分布和整体变形特点,分析了管道轴向应变和竖向位移随断层错动量变化的特征,探究了断层错动量、管道埋深、管径、断层倾角等参数对埋地管道力学性能的影响规律,采用FEM有限元方法进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比。结果表明:在该试验的参数范围内,随着断层错动量和管道埋深的增加,管道轴向应变增大;管径较大的管道,抵抗变形的能力较强;当断层倾角小于90°时,管道轴向峰值拉应变大于峰值压应变,此时管道以受拉为主;当断层倾角大于90°时,管道轴向峰值拉应变小于峰值压应变,此时管道以受压为主;对于走滑断层,管道轴向应变近似呈中心对称分布,两侧变形趋于一致。逆断层对于管道应变的影响最大,正断层其次,走滑断层对于管道应变的影响最小。(图17,表3,参21)