轴-轴承系统动力学摩擦学弹性力学耦合分析

采用动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS,结合手工编程的方法,研究了变载荷作用下轴-轴承系统动力学、摩擦学、弹性力学(轴的刚度和强度)耦合分析问题,重点讨论正弦载荷作用下轴-轴承系统的共振响应和考虑动态油膜压力分布时的轴颈表面动应力计算。计算结果表明,动应力在轴颈表面沿轴向和周向的分布与油膜压力沿轴向和周向的分布密切相关;动应力随时间的变化与轴-轴承系统的动力学响应密切相关。     

计入轴倾斜的曲轴-轴承系统动力学摩擦学耦合分析

以柴油机曲轴-轴承系统为研究对象,建立了计入主轴颈倾斜时弹性曲轴-轴承系统的动力学摩擦学耦合分析模型;采用ADAMS和Matlab联合仿真,在额定工况下进行了弹性曲轴动力学和主轴承摩擦学耦合分析;着重分析了计入曲轴主轴颈倾斜时,主轴承摩擦学行为和曲轴动力学响应之间的相互影响。计算结果表明：计入曲轴主轴颈倾斜,主轴承最小油膜厚度大幅度下降,最大油膜压力大幅度升高,曲轴轴承系统动力学特性以及响应也发生变化。     

五轴全轮转向汽车动力学模型分析

为提高多轴汽车操纵稳定性,针对五轴全轮转向汽车的高速同相位转向工况,进行了受力分析,建立了运动微分方程,利用Fiala轮胎模型建立了轮胎的力学模型,利用LabVIEW软件建立了整车的动力学仿真程序。通过虚拟试验仿真分析,发现采用全轮转向,可以使后轴车轮较早地参与转向,从而提高了汽车的转向响应速度,并使车身侧倾角由7．5°减小为4°。     

曲轴-轴承系统动力学摩擦学和弹性力学耦合分析

以四缸柴油机为研究对象,采用自编程序和ADAMS、ANSYS相结合的办法,耦合分析研究了曲轴-轴承系统的动力学特性、摩擦学特性和弹性力学特性,并将损伤积累理论应用于曲轴疲劳强度计算。分析结果表明：这种耦合分析结果和传统的非耦合分析结果有很大不同;对曲轴-轴承系统同时发生的机械行为进行耦合分析,对于提高内燃机工作可靠性,改善性能是必要的。     

轨道不平顺激励下车桥耦合系统的车辆平稳性研究

为了提高车辆的运行平稳性,基于车辆-轨道耦合动力学建立高速列车-无碴轨道-桥梁耦合系统的垂向动力学模型.运用D' Alembert原理和模态综合法,导出高速列车—无碴轨道—桥梁耦合系统的二阶常微分方程组,采用Newmark-β数值方法对系统运动方程组进行求解.以谐波型激扰模型来模拟轨道几何不平顺,研究了轨道不平顺的波长和波深对车辆平稳性的影响.结果表明:长波不平顺对Sperling指标影响较大,即对列车运行平稳性影响较大,存在最不利波长.     

螺旋锥齿轮六轴五联动数控加工模型

基于空间坐标变换原理,研究了六轴五联动数控螺旋锥齿轮机床的运动规律,并建立了机床的加工坐标系;分析了由传统机床调整参数转换为六轴五联动数控机床调整参数的原理并提出了螺旋锥齿轮六轴五联动数控加工数学模型.此外,根据传统机床的大轮展成加工方法,推导出六轴五联动螺旋锥齿轮机床大轮展成法加工原理.最后根据实例计算,并得到了5个联动轴加工时的瞬时位置以及与时间的四阶表达式.     

弹性轴-轴承系统动力学行为研究

以弹性轴的多柔体动力学分析为基础,通过ADAMS与Matlab联合仿真,研究了弹性轴-轴承系统在径向正弦载荷作用下的动力学特性.研究表明,在所研究的频率范围内,弹性轴-轴承系统存在两阶自然频率.其一阶频率与轴承的动力学特性有关,而二阶频率则取决于弹性轴的动力学特性.在二阶频率的正弦载荷作用下,弹性轴-轴承系统的最大油膜压力远大于刚性轴-轴承系统,而其最小油膜厚度则远小于刚性轴-轴承系统.     

矿用汽车六自由度平顺性动力学模型仿真研究

将AMESim仿真软件的平面机构库应用于矿用汽车行驶动力学仿真研究,建立了矿用汽车行驶系统的六自由度平顺性动力学仿真模型,针对车辆通过路面上单个障碍的动力学响应进行了动态仿真,研究了座椅和驾驶室地板的振动情况,为矿用汽车的平顺性设计提供了参考。     

轴向柱塞泵全局耦合动力学建模

轴向柱塞泵内部子系统强耦合作用下柱塞泵呈明显的全局耦合特性,而柱塞泵传统局部动力学模型普遍存在恒压力、定转速等假设条件,缺乏对全局耦合特性的综合分析能力,为此在分析子系统间结构关系及耦合情况的基础上,提出一种基于数组的键合图建模方法,建立了斜盘式轴向柱塞泵键合图模型。进行了柱塞-滑靴子系统摩擦学-动力学耦合机理分析,并定义能量损耗因子,综合包含非线性因素的各子系统动力学方程参数,最终导出柱塞泵全局耦合动力学模型。对模型进行了仿真,仿真结果与实际情况吻合,验证了模型的有效性和正确性。     

邓肯-张非线性模型研究及其在ANSYS中的实现

对工程领域使用广泛的邓肯-张非线性本构模型进行了研究,总结了国内外的研究现状及理论成果,针对其无法判定因结压力降低时的加载情况,提出了相应的变形模量的计算方法,同时考虑中主应力、土体抗拉强度的影响对模型进行了修正。利用APDL编写程序实现了ANSYS的材料本构模型的二次开发,运用重启动方法实现单元应力修正后数据重写入数据库,通过试验模拟对比分析验证了模型的适用性。     

橡胶履带轮履带周长建模与试验

橡胶履带轮用于更换轮式车辆的轮胎,以提高其越野性能。为避免脱带和履带过度拉伸,使履带周长与轮系相匹配,提出了一种基于轮系中各轮相对位置变化的橡胶履带周长建模方法。在多种地形条件下,使用多相机视频测量系统对轮系中各轮上标记点进行追踪,利用采集到的标记点坐标重构各轮轴线,并进一步采用该方法重建履带周长。在平整钢板上的试验结果表明,由于履带弯曲刚度不均匀,构建的履带平均周长为3 791.62 mm,标准差为3.51 mm,比履带实际周长3 812 mm略小,且略有波动。根据在多种地形条件下的测量结果构建的履带周长,其标准差与平整钢板上一致,均为3.5 mm左右。平均值在3 787.78~3 794.75 mm之间,基本与平整钢板上的履带平均周长一致。因此,橡胶履带周长建模方法能够在多种地形条件下评估履带周长,为履带轮设计提供依据。     

基于弹性摩擦模型的机器人免力矩传感器拖动示教方法

基于广义动量的外力观测器和导纳控制方案,采用弹性摩擦模型估计关节摩擦力,并对关节起动阶段的摩擦估计值进行规划,实现了免力矩传感器的机器人拖动示教。基于机器人的动力学模型和运动状态,建立了基于广义动量的机器人外力观测器,观测操作者对机器人施加外力。采用导纳控制方案,根据观测的外力生成关节运动轨迹,实现机器人的拖动示教。采用弹性摩擦模型对关节摩擦进行建模,并在模型中引入Stribeck摩擦项,实现关节在低速和静止状态下的摩擦力估计。为解决关节在静止状态下拖动困难的问题,对关节起动阶段的摩擦力估计进行规划,通过短暂增加关节摩擦的估计值以增加关节驱动力矩,从而实现关节的轻松拖动,且起动规划算法不会对机器人关节的其他运动阶段造成影响。实验表明,采用本文控制方案可有效实现免力矩传感器的工业机器人拖动示教。采用起动规划方案可有效增加关节起动外力和缩短关节起动时间,在起动阶段关节可以短暂产生26 N·m以上的估计力矩,相比未使用规划时关节的起动时间至少可减少70%。同时,关节在起动阶段具有一定的抗干扰能力。     

大范围转动弹性梁柔性动力学建模与摄动解耦

为实现大空间转动弹性梁的高速、高精度平稳控制,首先需解决弹性梁的非线性动力学建模问题,并完成动力学解耦。假设柔性连杆为欧拉-伯努利梁,应用假设模态法进行坐标离散,采用Galerkin法和Hamilton最小变微分原理建立弹性梁柔性动力学模型;基于摄动理论构建正则摄动式,应用多尺度法对摄动式进行改进,对比分析了常规正则摄动法、改进后摄动法的解耦精度,应用四阶Runge-Kutta法验证了所提出方法的有效性与可行性。数值仿真结果表明,改进后的摄动法解耦精度高,解耦误差比常规正则摄动误差降低一个数量级,解决了低阶正则摄动法解耦精度低的问题,避免了采用高阶摄动来提高解耦精度而产生庞大计算量的弊端。     

基于颗粒轨道模型的离心泵叶轮泥沙磨损数值预测

基于两相流颗粒轨道模型和Tabakoff磨损模型,对某型号单吸泵进行数值模拟得到不同泥沙条件和不同入口条件下颗粒运动轨迹和磨损规律。不同泥沙条件共设定7组方案,即颗粒质量分数为10%时,颗粒粒径分别为0.01、0.05、0.1、0.5 mm,以及颗粒粒径为0.5 mm时,颗粒入口质量分数分别为2%、5%、8%、10%。结果表明,离心泵叶轮的磨损主要分布在叶片工作面和后盖板;粒径增大,颗粒向叶片工作面进口边的运动速度增加,形成点状的冲击式磨损;粒径减小时,在叶片工作面靠近出口边处逐渐形成条状的擦伤式磨损;颗粒质量分数对磨损率影响十分显著,而对磨损形态和位置没有影响;颗粒在入口分布的均匀度越大,叶轮内磨损形态的分散程度及磨损位置的轴对称性越明显。     

空间刚柔耦合并联机器人动力学求解策略

针对空间刚柔耦合并联机器人在动力学方程求解过程中存在的违约问题,提出了一种基于瞬态刚体校正法的非线性动力学模型求解方法。利用自然坐标法和绝对节点坐标法构建该3-RRRU并联机器人的正动力学模型与逆动力学模型,考虑各支链柔性空间梁单元的剪切效应,并可描述其大范围非线性弹性变形。基于自然坐标法和刚性机构的运动学模型,分别提出2种动力学模型的瞬态刚体校正法,同时从系统能量等角度总结出获取该动力学系统稳定因果解的求解策略。仿真结果表明,动力学方程的求解精度为10-6,约束方程的相容误差为10-8,满足工程应用的要求,且有效地改善了动力学系统的综合收敛性能。通过圆形轨迹跟踪实验可知,与理想刚性模型的控制方法相比,基于逆动力学稳定因果解构建控制方法最大跟踪误差降低了0.372 mm,圆度误差降低了1.46 mm;各柔性杆上特征点处主应变测量值与理论计算值均处同一数量级,且具有相同的变化趋势,从而验证了该方法的有效性。     

基于空间运行轨迹的农机往复作业行距估算方法

为了快速评估农机作业重漏状况,针对农机往复作业模式下,通过在农机上装载智能终端设备,采集车载终端GNSS信息,分析农机空间运行轨迹数据,统计方位角分布频次,计算农机作业方向,提取农机作业线,进一步建立了农机作业行距评估模型。为了验证农机作业行距评估模型,于2021年6月25日在北京小汤山国家精准农业研究示范基地开展实验,利用装载有自动导航系统的拖拉机,设定不同的行距,且每个行距进行往复直线作业,验证作业方向计算、作业线提取和作业行距提取等模型。结果表明,与实际相比,模型计算的作业行距平均误差为3.07%,均方根误差为0.14m,从整体上来看,识别的农机作业平均行距和实际行距比较相符,可为农机作业重叠、遗漏等农机作业质量评估提供数据支撑。     

灰色神经网络在地下水动态预测中的应用

以周至201号井为例,选取降雨量、蒸发量、单位面积的引灌水量及人工开采量4个地下水位的主要影响因素为预报因子,地下水位作为输出样本,建立BP神经网络模型。以2002-2011年4个序列的数据分别建立新陈代谢GM(1,1)模型,得到2012-2014年的预测值。再将各新陈代谢GM(1,1)模型得到的4个预报因子的预测值作为BP神经网络的输入,得到的输出即为最终2012-2014年地下水位的预测值。结果表明,灰色理论和BP神经网络耦合模型具有较高的预测精度,可为地下水的动态预报提供参考。     

基于Ansys的履带销轴的载荷与应力分析

根据履带式车辆中履带的受力状态,在一定的假设的前提下分析销轴的载荷状态,应用ANSYS的基本分析方法对履带销轴进行应力与变形分析,然后利用经典Hertz接触理论分析,研究分析结果,得出有限元分析模型建立对于ANSYS分析的影响。其分析方法和结果可广泛用于机械设备销轴的设计研究。