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。     

基于模态的联合收获机车身框架振动特性分析与结构优化

以某联合收获机主机车身框架为研究对象,采用有限元柔性体技术创建车身框架的有限元柔性体模型,并在其基础上进行模态分析与计算。结果表明,车身框架的第一阶模态频率为7.29 Hz,与收获机正常工作时割刀的激励频率(7Hz)接近,易发生共振,且对人体舒适性影响最大。为了调整收获机车身框架的固有频率,以避开外部激振频率范围,采用HyperMesh软件对收获机车身框架柔性体模型进行尺寸优化和拓扑优化,结果表明,尺寸优化后,收获机车身框架的第一阶模态频率由优化前的7.29 Hz提升至8.63 Hz,车身框架质量下降了0.006t;拓扑优化后,收获机车身框架的第一阶模态频率由优化前的7.29Hz提升至8.49Hz,车身框架质量下降了0.107t。拓扑优化与尺寸优化均可使收获机车身框架固有频率避开外部激振频率范围,但综合考虑优化设计的目标与生产制造成本,采用尺寸优化技术对收获机车身框架进行结构优化更为适合。     

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。     

特种钢结构运输车车架轻量化分析

以特种钢结构运输车车架为研究对象,建立车架有限元模型,分析确定车架弯曲应力、扭转应力和一阶模态对厚度的灵敏度.基于最优化理论,以车架材料厚度为设计变量,车架总体积为目标函数,强度和一阶频率为约束条件,建立车架优化数学模型.应用结构优化软件OptiStruct对车架各设计变量进行尺寸优化.     

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.     

果园电动履带运输车车架轻量化设计

为实现果园电动履带运输车车架的轻量化,构建车架的有限元分析模型,获取弯曲工况及扭转工况下的车架应力应变分布特点,并进行静态电测试验研究。基于结构优化的方法轻量化设计车架,并对优化后的车架进行有限元校核和模态分析。结果表明,静态电测试验的各测点应力值与模拟计算值基本一致,验证了所构建有限元分析模型的可行性;在满足承载强度及刚度的条件下,轻量化设计后的车身质量减轻8.82%,一阶频率提高11.81%。研究结果为果园电动履带运输车的轻量化设计与结构优化提供了参考。     

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。      

基于组合近似模型的分体式插秧机秧箱轻量化设计

为了解决插秧机秧箱质量过重影响机器工作稳定性和作业质量等问题,以可调行距高速插秧机分体式秧箱为研究对象,建立其有限元模型,对秧箱进行了静动态性能分析。根据有限元分析结果,采用最优拉丁超立方试验设计和组合近似模型相结合的优化设计方法,以刚度和模态作为约束条件,以质量作为优化目标,建立轻量化设计的数学模型,采用粒子群优化算法进行了求解。优化结果显示,秧箱质量由优化前的14.6 kg下降到13.2 kg,减轻了9.59%。根据轻量化设计结果对秧箱进行了结构改进,并进行了仿真验证,结果表明改进后的秧箱刚度分布更加均匀,弯曲刚度、扭转刚度和一阶固有频率等性能指标均有不同程度的提高,为轻量化秧箱产品研发提供了理论依据。     

高速磨床主轴模态测试与分析研究

在MSC.PatranNastran软件平台上建立了CNC8312A高速凸轮轴磨床主轴在支承约束状态下的有限元模型,对其结构进行了动态分析与优化并得到了主轴的最优结构模型,应用LMS振动及动态信号采集分析系统对优化前后的主轴进行了模态测试与分析.实验表明,测试得到的主轴动态特性和利用有限元软件仿真分析得到的主轴动态特性是一致的,优化后的主轴1阶固有频率明显提高,利用有限元软件进行高速磨床主轴结构优化是可行的.     

发动机油底壳的动态特性分析

将模态试验分析技术和有限元模态分析相结合,通过对发动机油底壳的模态试验分析、模态参数识别,得到了其固有频率和模态,提出了结构优化方向,为进一步地降低噪声奠定了基础.     

大跨度悬索式管桥静动态分析

基于某大跨度悬索式管桥设计方案,根据其结构特点,应用ANSYS分析软件建立了三维有限元模型,对模型进行了静力、模态和风振反应的有限元分析。静力计算结果表明,悬索管桥各构件均处于较低的应力状态;通过模态分析获得了悬索管桥结构的前20阶固有频率;风振动态分析结果表明,悬索管桥结构位移响应曲线与各个时刻输入的风荷载数据趋势类同,主索上的应力响应峰值较小,管桥的应力响应峰值明显增大。     

高速水稻插秧机分插机构振动特性研究

为提高高速水稻插秧机栽插性能,以其分插机构支撑臂为研究对象,对其振动特性进行研究。利用PRO/E软件建立其三维模型,并利用有限元分析软件对其受力和振动模态进行分析,得出其6阶模态分析结果。研究结果表明:通过合理设计支撑臂结构,能够使其固有频率有效避开插植臂周期激励频率和整车频率,为分插机构结构设计和转速性能提高提供理论基础。     

小区小麦育种收获机机架模态分析及结构优化

【目的】减小小区小麦育种收获机工作过程中的振动对其作业可靠性、育种试验结果测定产生干扰.【方法】利用Solidworks软件对育种收获机机架进行参数化建模,结合有限元分析软件ANSYS Workbench提取出机架的前10阶固有频率和模态振型,在对比分析外部激振频率与机架固有频率特点的基础上,找出引起机架共振的环节,并对机架进行结构优化以避免共振现象的发生.【结果】当机架横梁厚度由3.0mm减为2.6mm,竖梁厚度由3.0mm减为2.8mm,圆杆直径由25mm减为21mm,板件厚度(包括侧板和底板)由1.5mm减为1.1mm后,优化机架的固有频率均有效避开了收获机各外部激振频率范围.【结论】该研究可以为小区育种收获机机架结构的设计与优化提供参考.     

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。     

腐熟剂喷施机械机架部分轻量化设计

为了解决腐熟剂喷施机械质量过重以及避免机架工作时发生共振的问题,以喷施机械的机架部分作为研究对象,建立其有限元模型,并同时对拖拉机系统振动的频率进行了分析。在有限元软件中对机架系统进行了静态分析和模态分析,计算了机架系统在工作情况下的应力分布、变形以及固有频率。以有限元分析结果和应避免拖拉机系统中的振动频率为约束对机架进行轻量化设计,结合现实条件得出优化结果。结果显示,经过尺寸优化,轻量化后机架系统刚度、强度和模态均在可接受的范围内,机架系统总质量减少了65.06%,实现了轻量化目标。     

基于有限元法的行星轮系的动力学模态分析

利用APDL语言建立了行星轮系的参数化模型。在参数文件中输入所必须的参数,即可建立行星轮系的有限元模型,利用子空间法对其进行动力学模态分析,得到其固有频率以及对应的模态振型。对计算结果进行固有频率和振型的分析,进而得到固有频率的分布状态以及对应的振型,在设计行星轮系的过程中避开这些区域,避免产生共振,从而达到提高齿轮系统质量的目标。     

立式螺旋开沟机工作部件的模态分析

开展螺旋开沟机工作部件的动态特性研究,分别采用运行模态分析试验和有限元模态分析方法确定工作部件在自由状态下的低阶模态固有频率,将试验测得的固有频率和有限元分析得到的结果进行比对,以验证有限元法的正确性.为了进一步研究螺旋开沟机的动态特性,对其工作部件进行约束模态分析,通过改变螺旋叶片内径、螺距和厚度以达到减振、降噪的目的,确定不同结构参数对固有频率的影响规律.结果表明,有限元分析方法的正确性得到了验证;工作部件的固有频率随着螺旋叶片内径和螺距的增加而增加;低阶固有频率随着厚度的增大而减小,而高阶固有频率随着厚度的增大而增大.     

玉米根茬收集装置的模态分析及试验研究

基于TRIZ创新理论研究了一种具有捡拾、输送、脱土和收集多功能的玉米根茬收集装置,通过分析与研 究,建立了玉米根茬收集装置的三维实体模型,采用有限单元法进行模态分析,计算得出了玉米根茬收集装置前 20阶固有频率和主要振动特征,并对玉米根茬收集装置进行了模态试验研究,采用频域和时域相结合的模态参数 识别方法获得了装置的固有频率,应用计算模态与试验模态相结合的方法分析玉米根茬收集装置的振动特性,为 进一步研究其动力学性能与结构优化设计提供了一定的依据.     

拖吊分离型清障车拖架有限元模态分析

应用有限元分析软件ANSYS分别对拖吊分离型清障车拖架进行全缩和全伸状态下的模态分析,得到拖架的前9阶固有频率及对应的主振型.在此基础上,选取其中有显著影响的前4阶模态进行了分析,了解结构的振动特性.研究结果可为减小振动对拖架下沉的影响提供理论参考,为拖架的动态结构设计提供必要的参数.     

履带式玉米收获机车架的多目标轻量化设计

针对4YZLP–2型履带式玉米联合收获机质量大、在丘陵山地田间通过难的问题,对玉米收获机车架进行轻量化设计：采用Solid works对车架进行参数化建模,基于车架参数化模型建立车架有限元模型,通过有限元模型进行模态分析,并利用车架模态试验验证车架有限元模型的有效性。对车架进行力学性能分析,得到了车架的应力与变形结果。基于相对灵敏度分析,筛选出车架的17个零部件的厚度作为设计变量,采用拉丁超立方试验设计以及克里格法建立代理模型,通过MOGA算法,以田间越障工况、满载弯曲工况下最大等效应力和满载弯曲工况下最大总变形量作为约束条件,车架质量和田间越障工况下总变形量最小为优化目标,进行多目标轻量化设计。车架轻量化后,车架质量较优化前减轻31.56 kg,越障工况下最大变形量也降低了0.33 mm。