垂直轴风力机塔柱结构的分析及优化

为了避免风力机系统的共振而导致的系统损坏和噪声污染,通过系统动力特性分析和动力学响应计算分析,得到了风力机塔柱的低阶固有频率和谐响应的数据,以及风轮和塔柱之间的动态关系与整个系统的动态特性,为结构动态设计以及优化提供科学依据.首先确定对风力机塔柱系统结构动态性能影响最大的模态频率,提取该阶模态频率作为动态优化的目标,最后分析塔柱结构与风轮之间的动态干扰.结果表明：原设计在风轮以设计额定转速160 r/min运行时,其产生的简谐荷载对风力机塔柱具有十分严重的破坏性,通过增加主轴钢管的壁厚并提高其刚度等优化工作,经计算证明,在激振力不变的情况下,第一阶固有频率得到提高,塔柱的各阶固有频率下的最大位移大幅减小,优化效果明显,达到结构动力设计的目的.     

双叉式叶尖结构对风力机风轮振动的影响

为降低风力机风轮的振动,提出一种用于小型风力机的双叉式叶尖结构改型设计方案,通过风轮模态试验与风轮振动特性试验,测出改型设计前后风轮的模态参数、振动频率与振动加速度幅值,研究不同夹角的双叉式叶尖结构对风力机风轮振动特性的影响.通过对比未改型风轮与双叉式叶尖结构风轮的试验.结果发现:双叉式叶尖结构使风轮的二阶到四阶固有频...     

新型SRV摩托车车架动态特性分析

以一新型运动型多功能休闲摩托车车架为研究对象,采用有限元模态分析的方法,对车架振动模态进行了分析.得出了车架前十阶重要模态的固有频率和振型,并指出了路面不平度以及发动机往复惯性力激励对车架振动的影响.分析表明:路面不平度不会引发车架共振;发动机标定功率下的二阶惯性力频率与车架的一阶固有频率相等,将激起车架的一阶模态共振.根据分析结果对车架结构进行优化,改善了车架动态特性.     

不同收缩角下伞形风力发电机的模态分析

为了真实反映出伞形风力发电机在不同风速、不同收缩角(0°,30°,45°,60°)下的振动情况,借助ANSYS平台中的Modal模块对5kW伞形风力发电机进行有预应力的模态分析.将气动力、离心力、重力作为边界条件,模拟计算伞形风力发电机整机的前六阶模态变化与相应形变,并对整机在定风速和定转速情况下,一阶模态固有频率随收缩角的变化规律进行研究.分析结果显示,伞形风力发电机的固有频率和风轮工作频率、风轮3倍工作频率的相对差值分别为57.2%,-90.5%,可以完全避开共振,其设计是合理的;随着收缩角的增大,一阶固有频率减小,且转速对一阶固有频率的影响程度比风速大;摆振是低频区的主要振动形式,挥舞和扭转振动多出现在高频区;随着风速增大风力机的前六阶模态频率变化平稳,但随转速的增加上升幅度明显,而且离心力比气动力对风力机的动频影响作用更大.     

果园开沟施肥机机架优化设计与试验

为提高果园开沟施肥机的动态作业性能,避免共振的发生,同时保证作业时开沟一致性及施肥稳定性,对其机架进行多目标优化设计。首先,建立果园开沟施肥机机架的参数化模型及有限元模型。其次,通过模态分析,得出机架的固有频率及振型,研究其对整机动态性能的影响,将一阶模态频率设定为目标函数。通过机架灵敏度分析,得到各杆件厚度对一阶模态频率的灵敏度,将灵敏度杆件的厚度设定为设计变量,将其厚度变化范围设定为约束条件。根据现代农机结构轻量化设计的要求,将机架的质量也作为目标函数。以目标函数、设计变量、约束条件为基础,构建机架多目标优化的数学模型。然后,基于Hammersley抽样方法,按约束条件选取42组试验样本进行试验设计,并计算其对应的目标值。根据试验设计结果,选用移动最小二乘法并拟合出对应响应面。其中,一阶模态频率响应面模型的决定系数R2=0.9974,质量响应面模型的决定系数R2=0.9999,均大于拟合模型要求的精度0.9,拟合精度较高,满足设计要求。最后,基于响应面以及多目标遗传算法对果园开沟施肥机机架进行结构优化设计。优化结果表明：优化后的果园开沟施肥机机架一阶模态频率由原来的35.39Hz提高到38.31Hz,提高了8.25%,且远离拖拉机的输入频率35Hz;优化后质量为389kg,满足在提升一阶模态频率下,质量最小的要求。优化后果园开沟施肥机作业的开沟一致性系数和施肥稳定性系数比优化前分别提高3.72%、3.57%,提升效果明显,满足果园开沟施肥生产要求。     

适用于西藏地区的聚风型垂直轴风力机结构特性分析

为满足西藏高寒高海拔地区对风力机安全可靠性的需求,以部件强度和气象参数为约束条件,针对一台面向西藏地区的额定功率为500 W的聚风型直线翼垂直轴风力机进行结构分析,并采用有限元分析方法,对风力机主要部件进行了静力学分析和模态分析.静力学分析表明:在额定转速下风力机叶片、主轴、支撑臂、法兰盘、上下聚风罩和塔筒等主要结构部件的最大位移形变分别为0.19, 0.25, 0.013, 0.005 6, 0.63, 1.20, 0.05 mm;最大承受应力分别为11.96, 25.63, 11.70, 6.10, 4.68, 2.11, 2.28 MPa,均在材料所能承受的范围之内,风力机主要结构部件设计合理,满足设计要求.模态分析表明:风轮的工作频率2.50 Hz远小于其一阶固有频率9.22 Hz,不会发生共振,安全可靠.研究结果可为垂直轴风力机的结构设计与分析提供参考,为聚风型直线翼垂直轴风力机在高寒高海拔地区应用提供基础.     

刮板式花生脱壳机机架的模态分析

为了研究刮板式花生脱壳机机架的动态特性,以其机架为研究对象,利用SolidWorks对脱壳机机架进行了三维实体建模,然后导入到有限元软件ANSYS Workbench中对其进行了固定模态分析,得到了花生脱壳机机架的前6阶固有频率和振型,为进行花生脱壳机机架的谐响应分析、瞬态响应分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计奠定了基础.同时,分析了刮板式花生脱壳机工作时的零部件对机架固有频率和振型的影响.结果表明,脱壳机的工作频率和皮带传动引起的振动频率都远离其第1阶固有频率,不会对脱壳机机架的共振产生影响.模态分析的结果可为刮板式花生脱壳机机架的结构和性能改善提供必要的参考依据.     

基于模态对标的制动鼓优化设计

针对国产制动鼓刹车时存在啸叫的问题,参考进口制动鼓材料特性,基于响应面法对制动鼓固有频率进行优化。首先对制动鼓进行有限元模态分析以及实验模态分析。在此基础上,通过中心组合设计试验方法采样,结合最小二乘法构建制动鼓的前五阶响应面近似模型。采用活动域优化法对材料参数进行优化,并以使前五阶仿真固有频率与试验模态固有频率的相对偏差最小为优化目标,以灰口铸铁的弹性模量和泊松比为变量,以其常用取值为约束条件。相比于初始设计,优化设计后的前五阶固有频率偏差百分比总和由10.82%降至1.01%,显著提高国产化制动鼓与进口制动鼓的模态特性吻合程度。     

整体式圆锯片的设计与有限元分析

针对沙生灌木切割时存在的变形、振动等问题,设计并建立了整体式圆锯片的有限元模型,采用ANSYS软件对其进行静力分析和模态分析,得到圆锯片在转速1910r/min下的应力、变形分布云图以及前4阶固有频率和振型.分析表明:圆锯片最大变形为4.0210-2mm,相对结构尺寸可忽略,工作应力最大为11.313MPa,远小于材料的屈服极限785MPa;最低固有频率为299.2Hz,远高于圆锯片的转动角频率,其工作稳定可靠,具有良好的动态特性.     

可重构小型农业作业机变速箱体实验模态分析

变速箱体是可重构农业作业机的通用零件,对作业机动态特性影响显著.为研究箱体的振动特性,使用LMS振动测试系统,用模态实验的方法,识别了箱体前5阶固有频率、阻尼和模态振型等参数.模态分析表明,筋板与箱体连接处以及行走轮空腔附近区域相对振幅较大,箱体第5阶固有频率2998.76Hz,接近发动机激励频率30Hz的整数倍,可造成工作过程中的较大振动.实验结果为箱体动态特性修改提供了可靠依据.     

汽车变速箱输入轴有限元仿真分析

变速箱输入轴将发动机提供的转矩和转速传递给变速箱,其强度和动态特性极大地影响了发动机动力传输的高效性、平稳性。运用ANSYS Workbench对输入轴进行强度分析、模态分析和谐响应分析,由强度分析结果可得出额定工况下输入轴强度满足要求,由模态分析结果可知轴的模态发生的部位和固有频率的大小,由谐响应分析结果可得出引起输入轴共振的模态。     

机械振动式红枣收获的动力学研究

利用有限元分析软件对枣树模型机械振动机理进行动力学仿真分析。首先,对不同年限枣树建模三维模型并进行模态分析,结果显示不同生长年限枣树在第3、4阶模态时具有较为理想的模态响应,由此确定机械振动力传递分布较好的频率范围为12~20 Hz;其次,在模态响应分析基础上对枣树模型进行谐响应分析,结果显示3年生、5年生和8年生枣树所施加激振力的最佳激振频率分别为18、14、12 Hz。本研究可为机械振动式红枣收获机激振频率范围选择提供理论依据。     

基于ANSYS Workbench的马铃薯茎叶清理装置模态分析

运用三维造型软件Pro/E绘制了一种牵引式马铃薯联合收获机茎叶清理装置的实体图,应用ANSYSWorkbench有限元分析软件,对其建立有限元网格模型,进行有限元约束处理,通过对清叶装置进行模态分析,得到了清叶装置前6阶的振型图.通过对振型图的分析可以发现;清叶装置的前6阶振动固有频率随着阶次的增大而增加,其中第1阶和第2阶主振型由沿轴向窜动、绕轴向转动和切刀刀片左右摆动组成;第3阶到第6阶各阶频率比较接近,其主振型为切刀刀片左右摆动.通过模态分析,确定了前6阶振动固有频率范围内的各阶模态特性.同时,也为其它动态特性的分析,如谐响应分析、瞬态动力学分析等提供了前期基础.     

车身悬置支架的动刚度分析

基于车身全局模态参数的频率响应分析,分析了发动机悬置支架的动刚度,并提出用频率响应分析得到的加速度导纳传递函数来评价其动刚度,对于改善整车的NVH性能有重要指导意义。     

基于模态分析的液压挖掘机工作装置动态优化设计

建立了液压挖掘机工作装置的结构有限元模型,通过对该有限元模型进行自由模态分析,得到工作装置的各阶模态频率和模态特性,确定影响液压挖掘机工作装置动态性能的关键模态频率,并以此作为优化目标,对主要结构参数进行灵敏度分析,以确定工作装置动态优化的设计变量。以工作装置几何约束、性能约束等为约束条件,采用扩展拉格朗日乘子法进行动态优化设计。实例分析表明,该动态优化方法,提高了工作装置结构的刚度,降低了结构的变形,改善了工作装置动态工作性能与结构稳定性。     

骑跨式机架的随机振动疲劳分析

为了提高矮化密植红枣收获机的工作性能,以骑跨式机架为研究对象,建立有限元模型。对机架进行模态分析,得出机架的固有频率与振型,并与各激励频率范围比较,可知机架的固有频率仍在发动机的激振频率范围之内。为避免机架产生共振,在发动机安装位置添加弹性元件,对机架采用减振方案的谐响应分析,计算得出应力、变形量变化曲线。结合机架结构材料的S-N曲线和线性累积损伤理论,对机架进行疲劳分析,验证机架的可靠性。研究结果表明:减振方案的谐响应分析使机架的最大变形量由2.977mm变到0.358mm,减小了87.974%,明显改善了机架的振动特性;在激振载荷的作用下对添加减振元件前后的机架分别计算疲劳寿命,得出添加减振元件后机架的疲劳寿命为1.84×10~8次,高于1.0×10~6次,满足机架疲劳强度设计要求。     

基于有限元的大蒜播种机机架轻量化设计

针对大蒜播种机械普遍存在结构偏重、强度富余的情况,以课题组研制的六行大蒜播种机机架为优化对象,基于有限元仿真,进行以减重、减振为目标的优化设计.首先,根据机架的原始结构和受载特性,确定3个设计变量:外侧板厚度、前梁截面边长以及后梁肋板厚度.以初始尺寸为基准,取4个级别,共建立64个几何模型.其次,对这些模型分别进行静力...     

基于有限元的二维超声椭圆振动台优化与分析

针对二维超声椭圆振动台振动轨迹误差较大的问题,结合数学理论,分析产生误差的主要原因。通过在SolidWorks中建立了振动台的几何模型,并利用有限元软件仿真了振动台的模态。以振动台的伸缩模态频率和弯曲模态频率为基础,采用区间消去法优化了二维振动台的尺寸参数,使得两种振动模态频率相近。并对所优化的模型进行谐响应分析,拟合了振动台表面的运动轨迹。最终通过优化得到振动台的设计尺寸,将振动台的两种模态频率差值控制在0.5Hz,由此减少了振动椭圆轨迹的误差。     

柴油车车身的动态修改设计

运用试验模态分析方法和有限元法，对试装柴油发动机的国产微型汽车进行了模态分析，把两种分析方法所得的模态参数进行比较，经确认或修改，便可建立一种比较精确的动态设计模型。在相似性估计的准则上，提出了一种频率对比的新方法，对车身的局部振动进行修改并得到较为合理的结构。