车用空气弹簧力学性能仿真及试验研究

车用空气弹簧工作过程中产生几何、材料、接触三重非线性,用传统的经验公式难以准确预测其非线性力学性能.近年来,随着非线性有限元理论和计算机的发展,用有限元法预测车用空气弹簧力学性能成为可能.该文以某一汽车悬架用空气弹簧为研究对象,采用Mooney-Rivlin模型模拟橡胶、Rebar模型模拟帘线、刚体模拟缘板和活塞等方法建立其有限元模型,导入非线性有限元软件ABAQUS进行力学性能数值计算.为了验证计算结果的可靠性,在Instron 8800电液伺服系统台架上进一步测试了该弹簧力学性能,结果分析表明计算值与试验值比较吻合,因此,非线性有限元为车用空气弹簧力学性能预测提供了一种经济实用的方法.     

紫花苜蓿和马唐根的生物力学性能及相关因素的试验研究

选择固土护坡植物时,植物根的抗拉强度是一项重要的力学指标。对豆科的紫花苜蓿和禾本科的马唐根的抗拉力和纤维素含量的研究表明,根的抗拉强度和纤维素含量均与直径呈显著的负相关关系,根的抗拉强度与纤维素含量呈正相关关系,表明“木本植物根的抗拉强度、直径和纤维素含量关系”的研究结论在这两种草本植物上也同样适用。对紫花苜蓿和马唐根的抗拉强度与其“木质素/纤维素”之间关系的研究表明,两者呈负相关关系,证实纤维素含量对于维持根抗拉强度的作用大于木质素含量。研究发现,豆科紫花苜蓿根的应力-应变为对数函数关系,不符合胡克定律,马唐根的应力-应变关系的本构方程基本遵从胡克定律。直径愈小,紫花苜蓿和马唐根的应力—应变关系对应变率敏感程度愈高,根的极限延伸率愈大。另外,根的抗拉力和直径测试设备的改进,实验结果更准确可靠。这方面研究对揭示植物根系提高土壤抗冲击性和抗剪强度机理,更好地进行水土保持植物的选择和优化组合具有重要意义。     

移动式防洪系统力学性能及渗漏特性试验研究

移动式防洪系统是一种具备高安全性的标准化防洪方法,但在中国的城市防洪系统应用还不多,对其技术性能的研究不足是制约因素之一。该文依托某市的移动式防洪墙工程,设计移动式防洪墙综合试验基地,蓄水试验以及立柱加卸载试验,研究了移动式防洪系统的预埋件安装方法、受力性能和渗漏特性。结果表明,预埋件的直接安装法与预留槽孔法均能满足施工工艺和正常运行要求,但前者优于后者;蓄水后,移动式防洪墙存在渗漏现象,其与水位呈现指数的变化规律,当水位超过1.5 m时渗漏量会快速增大,达到1.7 m时渗漏量可达300 L/h;立柱加卸载(0~100 k N)过程中,首先会引起混凝土塑性变形,进而导致立柱产生残余位移,其受力过程表明立柱、预埋件与基座混凝土体系的破坏过程应是由预埋件两侧混凝土逐渐向迎水面发展。     

果蔬平衡调湿包装设计及试验验证

为了探究果蔬多孔膜包装内水分的传递规律,优化并控制包装内的适宜相对湿度条件,降低果蔬失水及袋内凝水对果蔬采后品质的影响,该文对果蔬冷藏期间的蒸腾及包装内水蒸气向膜外扩散的过程进行了分析,并根据Fick扩散模型对多孔膜平衡调湿包装进行设计计算,确定开孔面积与袋内相对湿度的关系,利用计算结果将开孔面积调节到一定范围,能够使包装内形成一个平衡的、且适合于果蔬保鲜需要的最佳相对湿度条件,既可避免包装袋透湿性过小导致凝水现象,又可防止透湿性过大造成的产品失水严重影响品质的问题,从而更好地保持产品品质。以250 g包装的双孢菇在2℃、80%相对湿度条件下贮藏对平衡调湿包装进行了试验验证,结果表明,适宜的开孔(11个直径2 mm的孔,孔的总面积约34.6 mm2)能够避免凝水的生成,且产品在贮藏10 d后的失重率为4.9%±0.2%,较好地保持产品的贮藏品质,保鲜期可达13 d,试验数据与模型预测值具有较高的吻合度,研究结果为采后果蔬平衡调湿包装的设计及实际应用提供了参考。     

农机链链板与套筒最优过盈量有限元分析及试验研究

正确选择链板与套筒的配合过盈量，可以有效降低链板应力幅和应力集中系数，提高疲劳强度。针对传统计算过盈应力方法不适合链板非轴对称结构，文中根据配合表面位移连续条件拟合过盈量，并利用配合表面上力的等值条件建立有限元模型，推导有限元程序。通过与厚壁筒理论值应力场计算比较，证实了该程序具有很高的可靠性和精度。对16A链板应力场有限元理论分析和疲劳试验的结果表明：随着过盈量增加，应力幅不断减小，当过盈量数值继续增加而应力幅保持不变时，此数值即为最优过盈量。而合理的过盈量应为最优过盈量开始的某一范围。16A链板合理过盈量为0.06～0.08 mm，相对无过盈时其疲劳强度可提高40%～50%。     

圆盘式开沟机作业功耗仿真分析及试验验证

为探明土壤条件和工作参数对圆盘式开沟机作业功耗的影响规律,该文采用光滑粒子流体动力学方法构建了土壤-开沟刀盘的有限元模型,利用ANSYS软件中的显示动力模块LS-DYNA对开沟刀盘土壤切削过程进行仿真分析,得出开沟刀盘在土壤切削过程中功率消耗的变化规律。结合正交试验设计和数值模拟技术,研究土壤坚实度、刀盘转速和开沟深度对圆盘式开沟机作业功耗的影响规律,得出影响作业功耗的因素主次顺序是土壤坚实度开沟深度刀盘转速。采用多变量单目标优化方法,建立关于土壤坚实度、刀盘转速和开沟深度的作业功耗模型,利用Matlab软件对功耗模型进行求解,得出当土壤坚实度为120 N/cm~2,刀盘转速为225 r/min,开沟深度为405 mm时,作业功耗最小为32.4 k W。通过土槽试验对优化结果进行验证,结果表明:理论值与试验值的相对误差为5.68%,作业功耗模型和优化结果具有较高的准确性。该研究可为圆盘式开沟机选择节省功耗的参数组合提供参考。     

黄土侧向变形的真三轴试验研究

保持小主应力、中主应力不变,在大主应力方向加荷是实际工程中存在的一种应力路径,就该应力路径分别对不同含水率的重塑黄土进行了几组真三轴试验,对其应力-应变关系及反映侧向变形变化规律的泊松比进行了特定条件下的研究.研究结果表明,应力-应变关系的偏差应力和初始切线模量随含水率的增大而减小,相同的偏差应力下含水率越大侧向应变就越大.在上述应力路径下剪切,中主应力方向首先压缩,但表现不明显,很快就转为膨胀,小主应力方向膨胀,泊松比可以大于0.5,且小主应力方向膨胀量大于中主应力膨胀量.     

MBER固化土弹性模量的试验研究

弹性模量是固化土一项基本的力学性能指标,直接影响结构的静力和动力力学分析计算,对弹性模量的试验研究具有重要的实际意义。针对固化土弹性模量研究薄弱的问题,以自主研发的MBER土壤固化剂为研究对象,通过对杨凌试验区土样进行室内试验,分别对影响MBER固化土的弹性模量的土壤固化剂剂量、不同含水率和不同龄期3种因素进行分析研究。根据试验结果,获得了MBER固化土应力—应变关系曲线,得出固化土弹性模量在300～1 000MPa。固化土的弹性模量随着土壤固化剂剂量,含水率及龄期的增长呈增加趋势,而当含水率达到一定值时,固化土的弹性模量呈下降趋势。因此,通过合理控制土壤固化剂剂量及含水率,能够改善固化土的力学性能,进而达到改良固化土的目的。     

深水网箱护栏力学性能分析及优化

护栏是深水网箱浮架系统不可或缺的重要构件,对支撑网衣、保持养殖容积、协同网箱浮架抵抗波浪流冲击起到重要作用。该文分别对中国当前应用的圆型深水网箱和六三型深水网箱护栏开展了弹塑性阶段的力学试验和有限元分析。结果表明:1)波流和气流的共同频率达到深水网箱护栏固有频率14.25 Hz时更易产生共振疲劳破坏;2)冲角为0°的集中载荷使护栏变形最大,此时扶手管中心为最易变形区域,立柱下端为最易破坏区域;3)同规格同材料的圆形扶手管抗形变能力显著大于六边形扶手管;4)扶手管的载荷-位移方程服从对数函数分布。护栏结构优化结果显示将管材的圆形截面处理为椭圆,护栏的水平抗弯性能增加6.58%。     

苹果切片干燥收缩变形的孔道网络模拟及试验

为揭示果蔬干燥收缩变形的传热传质与应力应变的机理,确定果蔬微孔结构特性及内部毛细力等因素对其干燥过程的影响,该研究运用孔道网络方法、热质传递原理和细观力学理论等交叉学科知识,构建了孔隙尺度下果蔬切片干燥收缩变形的孔道网络模型,采用VC++开发孔道网络求解程序,模拟分析了果蔬切片的湿分场、温度场以及应力应变场等情况,并以...     

玉米收获机车架应力及模态数值模拟焊点模型优选

玉米收获机车架作为一种典型的薄壁焊合结构,各结构件主要通过焊接关系连接,该文针对车架有限元建模分析中焊点连接关系复杂、不同焊点模型引起数值模拟精度差异的问题,以提高车架有限元建模准确性与计算精度为目标,研究不同焊点模型对收获机械车架有限元计算精度的影响。首先,研究了有限元建模中常用4种不同焊点模型的构造机理与数学描述,并分别建立了4种焊点的车架有限元分析模型,计算静态加载下不同焊点模型车架的应力分布;其次,设计了玉米收获机车架应变试验,得到不同测点的应力分布规律。通过对比分析仿真与试验数据得出:采用RBAR(rigid-bar)焊点模型计算结果与试验结果吻合,相关系数为0.993 2,较适合模拟计算应力-应变模式的静态工况。通过Block Lanzcos算法计算不同焊点模型的车架模态振动频率与振型,获取不同焊点模型对车架频率和振型的影响规律,得出采用ACM2(area contact model 2)焊点模型的计算结果与二阶四面体单元计算结果相关性较高,相关系数为0.995 9。综合考虑不同焊点模型的适用性与建模效率得出:对于应力-应变模式的静态分析,建议采用RBAR焊点模型;对于模态分析模式的车架动态振动特性分析,建议采用ACM2焊点模型。研究结果为收获机械焊接结构件的有限元建模方法、焊点模型的选用以及提高数值模拟精度和建模效率等问题提供依据。     

水管冷却混凝土温度场和应力场计算的有限元子结构法

冷却水管离散模型应用于大型混凝土结构的温度场及应力场计算时,需对计算模型进行二次剖分,导致了有限元整体方程阶数的大幅度增加,限制了此方法在实际工程中的广泛应用.针对这个问题,在子结构理论的基础上,推导了含冷却水管的混凝土温度场计算公式,同时为了得到水管周围精确的应力场分布,进一步将子结构理论引入到考虑徐变及自生体积变形...     

冬小麦籽粒受挤压特性的有限元分析及试验验证

为降低小麦籽粒在收获、贮藏、运输过程中的机械损伤,掌握小麦籽粒粉碎机理,运用有限元法建立小麦籽粒的力学模型,研究小麦籽粒在压缩载荷作用下的应力分布规律。在材料力学万能试验机上进行压缩试验,测得不同含水率9.1%～21.6%的小麦籽粒在3种压缩型式下的弹性模量为98.86～206.59 MPa,屈服强度为0.8～1.95 MPa,破碎负载为63.44～154.77 N,最大应变为0.71%～1.02%。结果表明：在3种压缩型式下,破碎负载、弹性模量、屈服强度随着含水率的增加均有明显下降;在同一含水率下,B型压缩时破碎负载最大,L型压缩时次之,H型压缩时最小;屈服强度和最大变形在采用B型和L型压缩时较大,在H型压缩时较小;其主要破碎形式为在腹沟位置产生裂纹。比较3种压缩型式下的试验值的和仿真值,二者最大差异是12%,验证了仿真数值解可行性。     

玉米果穗离散元模型构建与脱粒仿真验证

针对玉米脱粒离散元仿真中果穗模型难以表征籽粒分离和芯轴破碎的问题,该研究构建了玉米果穗聚合体离散元模型并进行脱粒仿真验证。基于玉米芯轴3层结构采用分层建模与网格划分方法建立玉米芯轴离散元模型,结合Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken试验和仿真弯曲试验标定粘结参数;以马齿型玉米籽粒为原型,采用五球粘结的籽粒-芯轴连接方式建立玉米果穗聚合体离散元模型,仿真标定籽粒与芯轴的连接力;最后模拟梯形杆齿、圆头钉齿和纹杆块3种脱粒分离机构的玉米脱粒进程。结果表明：玉米芯轴弯曲破坏力和弯曲刚度仿真结果与实测平均值的相对误差分别为-0.12%和-0.14%,籽粒果柄轴向压缩力和径向压缩力仿真结果与实测平均值的偏差分别为-1.8和2.46 N,3种脱粒分离机构脱粒段仿真区域内籽粒平均法向接触力依次为12.50、12.32和8.03 N,3种脱粒元件对籽粒平均法向接触力的递减趋势与台架试验的籽粒破碎率变化一致,根据籽粒与脱粒元件接触合力的累积频率曲线确定籽粒破碎率的临界接触合力为550 N,仿真未脱净率依次为0.15%、0.37%、0.35%,较台架试验结果分别偏小0.07、偏高0.04和偏小0.25个百分点,沿滚筒轴向籽粒质量分布百分比曲线均表现为正偏态单峰分布,脱粒仿真试验的曲线峰值分别比台架试验高1.03、1.86和0.85个百分点,两者脱粒质量相近。该玉米果穗聚合体离散元模型参数标定准确,能够准确反映籽粒和芯轴的力学特性差异,可还原玉米脱粒分离过程,为后续脱粒分离机构的优化提供参考依据。     

猪体三维电学模型构建与验证

针对剩余电流保护装置因保护死区造成的投运率低和误动作问题,构建生物体的电学模型,获取大量的触电信号,进一步研究触电电流与剩余电流间的相互关系,可为解决保护装置存在的上述问题奠定基础。该文以猪为研究对象,采用Otsu算法将CCD相机采集的标准图像二值化,利用Canny边缘检测法提取图像轮廓并细化,在对图像归一化处理的基础上采用圆弧拟合法获取猪体轮廓关键点,并运用整体变换法获得猪体514个关键点的三维空间坐标,在ANSYS平台上建立猪的三维实体模型;基于修正系数法研究猪体组织介电特性的基础上,构建猪的电学模型并进行触电仿真试验。结果表明：触电电压相同时,面接触触电方式,左前肢-左后肢和左前肢-右后肢触电路径下平均电流密度分别为0.973和0.641 A/m2,线接触触电时分别为0.782和0.579 A/m2;相同触电方式下,左前肢-左后肢触电路径中的电流密度大于左前肢-右后肢触电路径中的电流密度,相同触电路径下,面接触触电方式触电电流密度大于线接触触电的电流密度;2种触电方式下各30组数据,触电仿真电流与触电物理试验获得电流的平均相对误差为3.5%,该电学模型在生物体触电仿真研究中可行。研究结果可为进一步研究人体电学模型提供参考。     

圆环型压电蠕动泵的结构设计与仿真

为了进一步探索压电技术在蠕动泵中的应用,使蠕动泵进一步向着体积小、质量轻、结构简单方向发展,并应用于更广泛的领域中,该文在现有机械蠕动泵结构基础上,结合压电驱动技术提出一种圆环周向行波驱动流体的圆环型压电蠕动泵结构。该蠕动泵的压电振子为一圆环型结构,在其外圆环壁面上贴有压电陶瓷薄片,以环面周向行波产生的蠕动,加之外圆环与内圆环的配合,代替机械蠕动泵中电机驱动偏心泵实现蠕动。依据弹性力学和振动理论推导出圆环振子的振动方程,利用有限元分析软件建立圆环振子模型,并对其周向振动模态及驱动机理进行了有限元分析,由此确定圆环型压电蠕动泵驱动振子的振动模态,设计出圆环型压电蠕动泵的整体结构,对其结构及工作机理进行了仿真分析。结果表明该压电蠕动泵同时具有机械蠕动泵和压电泵的优点。     

荔枝的力学特性测试及其有限元分析

为减小荔枝在收获、储运过程中的机械损伤,对荔枝的宏观和微观力学特性进行了研究.试验测定得到荔枝各部分的弹性模量;通过压缩试验,测得荔枝整果垂直受压的力学参数大于水平,垂直与水平受压的破裂力、弹性模量和破裂相对变形分别为101.69N和81.25N、0.37MPa和0.27MPa、30.33％和28.86％,并观察得到荔枝受压的裂壳特征.运用有限元法建立荔枝压缩力学模型,比较荔枝垂直和水平受压的试验值和仿真值,二者比较一致,其相关系数均达到0.999以上;研究荔枝在压载作用下的应力分布规律,分析其垂直与水平受压的抗挤压能力和裂壳特征,验证仿真数值解的可行性.试验结果表明:荔枝的抗挤压能力具有各向异性,相同压力下,垂直方向所能承受的压力和变形均大于水平方向;受压时在果壳拉应力作用下发生破裂,裂纹沿外力方向延伸,且出现的截面与压缩方向一致;采用所建立的荔枝有限元模犁可以分析研究荔枝的微观力学性质.研究结果可为荔枝作业装各的设计以及预测和减少其机械损伤提供依据和帮助.