减振器节流阀片区段均布压力下应力解析算法及其应用

农用车辆驾驶室减振器节流阀片应力特性分析及相关问题研究普遍依赖于有限元法,尚缺少有效的解析算法,给工程应用带来诸多不便。针对该问题,该研究建立驾驶室减振器节流阀片区段受压力学模型,推导基于阀片应力影响系数的周向、径向及复合应力解析表达式,进而提出一种简洁实用的减振器节流阀片区段均布压力作用下应力特性解析算法,该算法确切计及了区段压力、阀片片数、各片厚度、阀口半径、上垫片半径及下垫片半径等参数。实例计算分析和有限元仿真对比结果显示在减振器工作压力下,各片阀片不同半径位置处周向应力、径向应力及复合应力解析值与仿真值的相对偏差均在1.5%以内,表明了所提算法的正确性和可靠性。在此基础上,建立了基于该解析算法的驾驶室减振器叠加节流阀片应力快速校核方法、节流阀片厚度拆分设计方法及优化设计准则,并进行实例设计和减振器台架试验,结果显示所设计减振器与原减振器阻尼力最大相对偏差仅为4.6%,且100.0万次以上仍可正常工作。该算法避免了有限元法的诸多局限,可有效应用于揭示减振器叠加节流阀片结构参数与应力内在物理联系、结构参数对应力影响规律,为相关工程技术人员提供了更为实用、便捷的有效工具。     

悬架杠杆比对油气弹簧阀系设计参数的影响

为了把握车辆悬架杠杆比对阀系设计参数的影响和变化规律，以便加快具有不同悬架杠杆比的油气弹簧阀系参数设计，文中利用油气弹簧节流阀片厚度和节流缝隙与悬架杠杆比之间的关系式，建立了杠杆比阀系参数影响系数。对杠杆比对阀片设计厚度和节流缝隙大小的影响进行了分析，并建立了阀系参数影响系数推算设计方法。通过实例，利用解析设计和影响系数推算设计方法，分别对阀系参数进行了设计，并对两种方法的设计值进行了比较，对设计油气弹簧进行了特性试验。参数设计和特性试验结果表明：在实际情况下，油气弹簧阀片设计厚度和节流缝隙与悬架杠杆比之间可线性化，杠杆比影响系数推算设计方法是准确可靠的，可加快油气弹簧开发设计速度。     

基于薄壁圆环理论的机器人用柔性轴承变形特征快速求解

谐波减速器内部柔性轴承是机器人关节的重要传动部件,因在工作中会产生较大的预变形而与普通轴承不同,导致传统轴承理论不适用,所以建立新的研究方法对其各项性能进行分析非常必要。该文通过建立柔性轴承的理论计算模型,求解计算柔性轴承工作时内部应力与变形特征,具体步骤包括:1)建立变形协调方程,并通过莫尔积分定理求解方程,得到变形过程中柔性轴承外圈的弯曲力矩;2)根据薄壁圆环理论,求得外圈的变形特征与内圈弯曲力矩;3)建立三弯矩方程,计算外载荷作用下柔性轴承外圈所承受的最大弯曲力矩。最后,建立柔性轴承有限元仿真模型对比验证理论模型,两者最大误差为7%,其中理论求解时间为5～8 min,有限元计算需4～5 h,通过理论模型可以快速求得柔性轴承内部变性特征与受力情况。计算结果表明,对于CSF-25-80型柔性轴承,外圈厚度设计在1.3～1.6 mm,宽度设计在9 mm左右,都可以有效改善外圈的应力状况。该研究可为对柔性轴承的设计和优化提供理论参考。     

基于双椭圆弧型中弧线的系列翼型设计方法

为了能够方便快捷的设计和修改翼型,采用两段椭圆弧来构造翼型的中弧线,并推导了描述中弧线的方程式。用该方法构造的中弧线光滑连续,且不存在拐点。选用现有翼型的厚度分布,与中弧线分布函数进行叠加,并引入厚度比例因子来实现对厚度的调整,最终得到了一种基于双椭圆弧型中弧线的翼型设计方法,称之为DEA(double ellipse arcs)翼型。选用Clark-Y翼型作为基础翼型,设计了多款DEA翼型,并利用X-foil软件对翼型气动性能进行求解,分别研究了最大相对弯度、最大弯度相对位置、最大相对厚度以及翼型中弧线的形状因子对翼型气动性能的影响。研究表明:增加最大相对弯度,可以提高翼型的升力系数,同时使翼型的升阻特性得到一定的改善;最大弯度位置前移,可以提高翼型在小攻角下的升力系数,同时增加翼型高效升阻比的攻角范围;增加最大相对厚度可以提高翼型的最大升力系数,以及增大失速攻角,同时,高效升阻比的攻角范围也随着翼型最大相对厚度的增大而增加;中弧线前、后缘形状因子对翼型气动性能的影响相对较小。     

垂直摇臂式喷头驱动力计算及试验修正

驱动力的大小不仅会影响喷头自身结构的应力分布和寿命,而且还会影响喷头运转的平稳性。为了提高垂直摇臂式喷头驱动力计算公式的精确度,该文采用试验测试结果对理论计算公式进行修正,分别提出了水平和垂直驱动力理论计算公式的修正系数公式,并对修正后的驱动力计算公式进行验证。研究结果表明:驱动力理论计算公式推导过程中的假设条件对驱动力的计算有较大影响,导致理论计算公式存在较大的偏差,尤其是在低压情况下,2个方向的驱动力计算最大偏差都达到20%左右。通过试验数据回归得到的水平和垂直驱动力理论计算公式的修正系数公式具有较高的精度,决定系数R2分别达到0.9799和0.9289,水平驱动力计算公式的修正系数与工作压力呈指数关系,垂直驱动力计算公式的修正系数与工作压力呈对数关系。修正后公式的计算值与试验值较接近,计算偏差较小,基本都在5%以内,表明了修正后的驱动力计算公式具有较高的精确度。该研究可为垂直摇臂式喷头的摇臂与导流器的设计及优化提供参考。     

超高压加工鲜切苹果片的色变动态特性

以红富士和冰糖心2种苹果为试材,研究0、200、300、400和500MPa超高压处理对鲜切苹果片的色变动态特性。结果表明,超高压处理能显著抑制鲜切苹果片在空气中的色变速率。采用4种三色值组合(ΔL*a*/b* 、ΔL*a*b*、Δ(ΔE)和ΔW.I.)作为色变指标研究鲜切苹果片的色变动态特性,结果表明,超高压处理和未处理的鲜切苹果片的各色变指标均随时间呈线性变化,鲜切苹果片的色变符合零级动力学反应。通过对三色值组合的优选,色变指标ΔL*a*/b*被选作反应压力对色变影响的最佳指标,并在此基础上建立了色变指标(ΔL*a*/b*)与压力(P)的关系模型。模型表明,400MPa为超高压加工鲜切水果片的较优压力。     

余热排出泵叶轮流固耦合特性分析

余热排出泵长期在高温高压环境下运行,其结构的可靠性对整个机组的安全运行有着重要的影响。该文采用单向流固耦合方法研究了几种常用材料及增加叶轮盖板厚度对转子结构动力学特性的影响,同时对比了常温和高温下叶轮的振动特性。结果表明,余热排出泵高温运行时,叶轮的第1阶固有频率为394.17 Hz,较常温下升高了2.28%,远高于叶轮叶片通过频率。在各阶模态振型下,1Cr13MoS叶轮固有频率最大,ZG225-450叶轮固有频率最小。设计工况和偏工况下叶轮的应力及变形变化趋势基本一致,叶轮的变形随半径的增加而不断增大,最大变形量出现在后盖板叶轮出口处。叶轮的应力分布不均,最大应力均出现在叶片尾缘与后盖板接合处。沿着前盖板和叶片接合线,应力的峰值随前盖板厚度增加而减小。沿着后盖板和叶片接合线,增加后盖板厚度明显减小了应力峰值。高温和常温应力变化趋势基本一致,但是高温下叶轮应力明显高于常温。尤其在叶轮进口处附近,高温应力相对于常温应力增加超过300%。该研究结果为下一步进行更加复杂的动力学分析、疲劳分析以及结构优化提供参考。     

杂交粳稻茎秆力学性状与理化特征对抗倒伏能力的影响

倒伏严重影响着水稻的产量和品质,为探究田间自然栽培条件下杂交粳稻茎秆力学性状与理化特征对抗倒伏能力的影响,研究选取北方地区生产上主要推广的弯曲穗型杂交粳稻品种辽优2006（LY2006）、辽优5218（LY5218）、辽优5273（LY5273）为供试对象,易倒伏常规粳稻品种农林313（NL313(CK)）为对照,测量其农艺性状和微观组织构成等理化指标,并通过弯曲试验及拉伸试验,测定其茎秆最大抗折力、断裂弯矩、抗弯截面系数、单茎自重质量矩、弯曲强度、杨氏弹性模量、惯性矩等力学指标,并研究测量的理化指标及力学指标与倒伏指数之间的相关关系。结果表明：供试对象的倒伏指数和对照之间存在极显著差异（P<0.01）,供试对象抗倒伏性显著高于对照。供试对象和对照在株高、基部节间长度、组织构成等理化指标及力学指标间均存在极显著差异（P<0.01）,供试对象的株高、单穗鲜质量均大于对照,因此,在相同的栽培条件下,并不是株高越矮、穗越轻,抗倒伏能力就越强。缩短基部节间长度、延长叶鞘长度、提高组织厚度及维管束面积、增加纤维素、木质素及钾元素含量等均能有效提升水稻植株的抗倒伏能力。研究还发现,水稻植株的抗倒伏能力与其茎秆最大抗折力、断裂弯矩、抗弯截面系数、弯曲强度、杨氏弹性模量之间存在显著正相关（P<0.01）,与单茎自重质量矩、惯性矩之间存在显著负相关（P<0.01）,选取其作为水稻植株抗倒伏能力的参考指标是可行的。研究结果可为北方杂交粳稻抗倒伏品种选育、改良及抗倒伏农艺性状调控提供综合的数据支持和理论支撑。     

脉冲电场预处理胡萝卜片微波干燥试验

为考察脉冲电场预处理对胡萝卜片微波干燥特性的影响,以胡萝卜片微波干燥单位时间降水率和复水率作为试验指标,设计了4因素（脉冲频率、电场强度、微波功率密度和切片厚度）二次回归正交组合试验,得出经预处理后胡萝卜片微波干燥失水速率曲线。用SPSS软件进行回归分析,得到预处理后胡萝卜片微波干燥动力学方程和各指标回归方程,并对指标进行了综合优化。结果表明：经脉冲电场预处理后胡萝卜片微波干燥动力学方程分段适用Page模型;脉冲频率和电场强度对胡萝卜片微波干燥单位时间降水率影响显著;脉冲频率对复水率影响显著,电场强度对复水率影响不显著;最优工艺组合为脉冲频率30 Hz、电场强度2.0 kV/cm、微波功率密度1.0 W/g和切片厚度4.0 mm;在最优工艺条件下,胡萝卜片单位时间降水率和复水率均得到提高。     

重塑Q3黄土K0三轴蠕变特性的试验研究

[目的]研究陕西省延安地区重塑Q_3黄土高填方工程的后期沉降变形特性,为高填方工程的设计、施工提供一定的技术和理论支撑。[方法]通过改进K0三轴蠕变仪,对所取黄土进行了不同压实度、不同含水量、不同竖向应力下的室内土的静止侧压力系数K_0三轴固结排水蠕变试验。[结果]重塑Q_3黄土具有明显的蠕变特性,在低应力条件下,呈现出典型的衰减蠕变;在K_0条件下,随着含水量增大、竖向应力的增大,压实度的减小,蠕变呈增强趋势,蠕变变形量增大;在低水平应力的条件下,土体所受侧向应力与竖向应力成线性关系。[结论]建立了重塑Q_3黄土关于竖向应力的自定义蠕变模型,通过试验数据拟合获得了模型参数,所建模型能很好地描述延安地区重塑Q_3黄土的蠕变特性。     

关节式内骨骼气动软体驱动器的结构设计

软体驱动器具有优异的柔顺性,能适应不同形状的目标物体,且不易损伤被抓持物。为了在工业流水线上快速安全可靠地抓持诸如水果、精密元器件等不同质量、不同尺寸物体,该文介绍了一种新型关节式内骨骼气动软体驱动器,将驱动与承力功能分解,在保持柔顺性的同时,显著提高了抓持能力。推导了气压驱动下,驱动器的弯曲角度数学模型。以理论模型为基础,分析了驱动器的各项设计参数对弯曲角度的影响。以确定气压下自由端位姿作为输入条件,以驱动器整体质量最小为优化目标,优化了各参数值,并以得到的参数完成了软体驱动器的实物制造与装配,且试验获得了其弯曲角度与弯曲刚度。试验表明在最大工作压力为150 kPa时,总体误差控制在9%以内,证实了所建立驱动器理论模型的正确与有效性。驱动器的弯曲刚度在最大工作压力时达到4.50 N/rad,弯曲刚度得到大幅提高。该软体驱动器具有良好的开发和应用前景。     

膜片弹簧疲劳破坏源的应力试验分析及计算

在现代车辆离合器中广泛使用膜片弹簧,由于其形状复杂,应力计算困难。目前工程上广泛应用的Ａｌｍｅｎ－Ｌａｓｚｌｏ公式误差较大,不能满足工程需要。该文用电测法研究了膜片弹簧疲劳源处应力－变形规律,提出了对Ａｌｍｅｎ－Ｌａｓｚｌｏ公式进行修正的方法,并且得到修正系数与膜片弹簧窗孔宽度线性相关的结论。在膜片弹簧最大工作变形点,修正公式的误差小于５％。     

玉米收获机底盘车架疲劳寿命研究

提出一种玉米收获机底盘车架疲劳寿命预测方法。利用ANSYS软件对玉米收获机底盘车架进行有限元分析,得到最大模态变形位置和静应力分析条件下的应力分布;在有限元分析数据基础上,粘贴应变片,组建应力测量系统,实测田间及道路条件下的应变时间历程;对采集的应变数据开展预处理,初步分析其受力情况及动载荷特征,采用n Code软件完成疲劳寿命预测。试验结果表明,车身横梁疲劳寿命为24.1万h、支撑部件寿命为16 500万h,满足使用要求,但支撑部件强度设计过剩,采用workbench的shape optimization对该部件开展轻量化设计,在满足疲劳可靠性条件下,减少了该部件质量24%。     

梯形渠道衬砌冻胀破坏弹性地基板模型

为探讨开放系统中梯形混凝土衬砌渠道的冻胀问题,根据衬砌板与冻土地基的相互关系,采用 Winkler弹性地基板理论建立了考虑冻胀力和冻结力作用的衬砌板冻胀破坏力学模型,使用解析法得到了衬砌板变形和内力解,对不同地下水埋深、衬砌板几何参数的影响规律进行了分析。通过与已有现场观测值和计算值进行对比,验证了弹性地基板理论计算结果的正确性。研究结果表明：坡板在非均匀分布的冻胀力作用下,挠度、弯矩和剪力也表现为非均匀分布,挠度最大值在坡顶距坡脚2/3处,弯矩最大值靠近底板位置,拉应力分布与内力分布规律一致,与已有研究结果吻合。与梁理论相比,板理论计算结果表明衬砌板的挠度和内力沿板宽方向为非均匀分布,挠度和弯矩在自由边界（纵向伸缩缝）处增大,扭矩主要分布在衬砌板的拐角处。切向冻结力对渠道冻胀影响较小,在原渠道工况下,不考虑切向冻结力与考虑最大切向冻结力之间,最大挠度相差0.7 mm。针对不同地下水位的渠道,给出了衬砌板的安全厚度,可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。     

基于双向流固耦合的贯流式水轮机动力特性分析

为了深入研究流固耦合作用对贯流式水轮机转轮动力特性及内部流场的影响,文中采用商业软件CFX和ANSYS APDL对贯流式水轮机流体域和固体域进行耦合求解,分析了耦合作用对结构应力及应变的影响,并将耦合数值计算得到的转轮外特性与实测值进行了对比。结果表明:考虑耦合作用后,转轮的效率、水头与耦合前相比都有不同程度的下降,最大值分别为0.6%、0.21 m。同时在靠近叶片出水边轮缘附近,耦合后压力面与吸力面压力差有所下降,说明耦合作用会降低转轮的水力性能。2种耦合计算方法求解得到的叶片的等效应力分布基本一致,应力集中都出现在转轮叶片与枢轴法兰联接处,同时双向耦合下最大等效应力的主频与单向耦合相比有明显下降的趋势,由于双向耦合考虑了结构在运动过程中周围水体与结构的相互影响。该研究为实际工程中准确地进行转轮的水力性能预估和叶片结构在水中瞬态响应计算提供了参考。     

弧底梯形渠道砼衬砌冻胀破坏的力学模型研究

弧底梯形渠道以其抗冻胀性能及水力特性良好,在北方寒旱地区得到广泛应用,但该种形式衬砌的结构计算仍无力学模型,该衬砌体的设计只能凭经验选取,而无法量化.该文通过对弧底梯形渠道砼衬砌冻胀破坏机理及破坏特征的分析,指出了弧底梯形渠道砼衬砌整体结构的计算简图是在法向冻胀力及切向冻结力和重力共同作用下的薄壳拱形结构,就局部受力来看属压弯组合变形问题.通过恰当假设及简化,提出了该砼衬砌整体结构冻胀破坏的力学模型,求出了其冻胀控制内力及最大拉应力的计算公式,并结合砼板抗裂条件,给出了胀裂部位、衬砌板厚及抗冻胀破坏验算的一系列计算方法.理论分析阐明了弧底梯形砼衬砌结构因法向冻胀力数值小、分布均、恢复力大,因此,整体适应变形及抗冻胀能力强,从而更优于梯形断面.实例计算表明该模型安全合理、简单实用.     

基于ANSYS的农机底盘驱动桥壳可靠性分析

为提高农机底盘关键零部件的可靠性,以4LZ-2稻麦联合收割机经改进后的驱动桥壳为研究对象,分别对驱动桥壳在最大垂向力、最大牵引力、最大制动力和最大侧向力4种典型工况下的强度和刚度可靠性进行了研究。基于ANSYS/APDL参数化设计语言建立驱动桥壳参数化模型,并依据可靠性干涉原理建立了驱动桥壳强度和刚度可靠性模型;将驱动桥壳的几何尺寸、载荷、材料强度等设为服从正态分布和均匀分布的随机变量,运用ANSYS概率设计模块和Monte-Carlo抽样法,对驱动桥壳的可靠性进行仿真分析,得出驱动桥壳在最大垂向力和最大侧向力2个工况下可靠行较差;通过参数灵敏度分析可知,当动载荷系数、满载轴荷和最大牵引力增大时,驱动桥壳趋于失效状态;当材料强度、左右板簧座间距和半轴套管大端直径增大时,驱动桥壳将趋于更加可靠。该研究方法与结果可为农机底盘驱动桥壳等关键零件的精益设计提供理论指导。