激光冲击强化316不锈钢的滚动接触疲劳性能

对316不锈钢进行激光冲击处理,研究LSP后试样表面的力学性能,包括显微硬度、表面粗糙度和残余应力,同时进行滚动接触疲劳试验,比较了LSP前后试样接触疲劳的S-N曲线.结果表明:LSP能显著提高表面显微硬度,当激光单脉冲能量为6 J时,显微硬度增大20%;激光冲击影响层深度随着激光能量的增大而增大,激光能量为6 J时影响层深度约为0.9 mm;随着激光能量的增大,表面粗糙度呈上升趋势,从0.41 μm增大到1.91 μm;LSP在316不锈钢表面产生高达280 MPa的残余压应力幅值.滚动接触疲劳试验表明:LSP能有效改善316不锈钢的接触疲劳性能,未冲击的试样在接触应力为848 MPa和708 MPa时,疲劳寿命约为4.72×10⁴次和1.08×10⁵次,激光冲击后,在相同应力条件下试样的疲劳寿命分别提高了2.1%和15.0%.     

拖拉机车轮侧向负载有限元分析

依据GB/T 14785—2008《农林拖拉机和机械　车轮侧向负载疲劳试验方法》建立拖拉机车轮结构的有限元模型,利用分析软件对拖拉机车轮进行结构有限元分析,计算在疲劳试验加载工况下的应力水平和分布特点。针对车轮易受强度破坏的薄弱环节,提出合理的改进设计方案,使车轮的应力分布合理,提高产品质量,增强市场竞争力,为车轮的进一步优化设计提供理论指导。      

基于弹塑性有限元法的拖拉机车轮疲劳寿命预测研究

基于ANSYS有限元软件,以侧向负载疲劳试验和扭转疲劳试验为依据,通过W15Lx34型可调偏距式拖拉机车轮结构分析,阐明拖拉机车轮弹塑性有限元分析与局部应力应变法预测寿命的过程方法。研究表明,车轮安装偏距对疲劳寿命有负相关性,疲劳寿命随偏距增大而缩短。在常用偏距下,示例车轮疲劳寿命安全系数偏低。给出两种改进方案,并且综合四种偏距按疲劳积累理论计算疲劳寿命,结果显示:两种改进方案的常用偏距和综合偏距疲劳寿命有明显提升。     

基于原型振动测试的水轮机顶盖螺栓疲劳分析

以国内一大型高水头水电站为例,对水轮机顶盖振动展开变负荷稳定工况、开停机工况以及甩负荷极端工况下的原型测试和分析;建立顶盖及螺栓的有限元模型,结合实测振动数据与有限元动力分析,反演了顶盖水压脉动荷载;运用线性疲劳累积损伤理论和雨流计数法,结合机组一年内的实际运行方式,分别进行了年正常运行工况和甩负荷极端工况下顶盖螺栓的疲劳分析.计算结果表明:100 MW稳定负荷工况时顶盖水压脉动荷载双幅值约为19.3 m水头,为机组额定出力工况(600 MW)的5.6倍;同一工况下顶盖螺栓的破坏循环次数随存活率增大而出现较大程度降低,100 MW稳定负荷工况下存活率由95%增大至99%时,顶盖螺栓的破坏循环次数则由6.488×10⁷次降低到2.415×10⁷次,降幅为62.8%;考虑99%的存活率标准,甩负荷工况下的顶盖螺栓破坏循环次数为7.494×10⁵次,仅为各稳定工况下螺栓疲劳寿命的3%~5%.     

箱式内燃电传动机车动力包设计

【目的】动力包是内燃电传动机车的核心动力源,广泛应用于路外机车和调车机车等内燃电传动机车中,因而需要综合考虑用户需求以及动力包的性能和稳定性,探寻最佳的设计方法。【方法】本研究针对内燃电传动机车实际需求,设计制造了一种额定功率为250 kW的箱式内燃动力包,根据需要进行动力包的零部件选型以及结构设计,使用三维建模软件对整个动力包进行数字模型的建立,并利用该模型对所设计结构的强度、疲劳、模态、减震进行仿真计算,最终对动力包进行性能测试。【结果】1）母材最大应力为281 MPa,位置在柴油机安装座处;焊缝最大应力为216.3 MPa,位置在柴油机安装座焊缝处。2）母材疲劳最大应力为87.6 MPa,焊缝疲劳最大应力为39.5 MPa。3）减震器的变形量在X方向和Y方向都为0,Z方向的最大变形为3.9 mm。【结论】所有应力计算结果均小于许用应力,证明所设计动力包结构有较好的稳定性,能够满足各种工况的使用要求。     

铝合金车轮动态弯曲疲劳寿命预测

结合有限元法和疲劳理论对22×8.5JJ车轮进行了动态弯曲疲劳分析,得到了试验载荷下车轮的疲劳寿命分布.应用ANSYS软件建立了疲劳试验的有限元模型,并考虑螺栓预紧和多个面接触对计算结果的影响;采用24个载荷的序列模拟车轮一个载荷循环过程的受力状态.采用临界平面准则分析了疲劳寿命.分析结果表明车轮的疲劳破坏主要集中在轮辐根部的连接部位,与试验结果吻合.应用该分析方法能降低设计成本,缩短设计周期.     

基于动态弯曲疲劳试验的汽车车轮有限元分析

针对车轮动态弯曲疲劳试验建立了汽车车轮静态加载有限元模型。它可以反映出车轮在静态加载条件下的高应力区域及其Von M ises应力值。对车轮进行静态加载试验结果与有限元计算结果吻合得较好,验证了有限元方法的有效性。通过与动态弯曲疲劳试验的比较,验证了静态试验中的应力集中区域即为疲劳试验中车轮开裂的区域。通过改进车轮结构设计来降低应力集中区域的应力值,可以有效提高车轮寿命。静态有限元分析对于进行这样的改进设计具有重要的指导作用。     

预紧力对装配体各零件的结构影响分析

【目的】针对深耕机中紧固件、连接件的疲劳损坏现象,需提高紧固件质量和性能。【方法】课题组以螺栓及其他连接件为研究对象,应用SolidWorks建立三维模型,应用有限元分析法、接触理论、静力学理论对螺栓及连接件的力学性能进行分析和研究。【结果】在螺栓的预紧力作用下,载荷对称和结构对称的零件,其总变形、等效应力、等效应变也是对称的;当螺栓存在预紧力,螺栓的变形、等效应力和等效应变是不对称的;在固定零件时,连接支腿的应力最大值集中在结构突变处。【结论】该研究为农业机械的紧固件的设计、选用和维护等提供了理论依据。     

直齿锥齿轮机构瞬态动力学分析

【目的】更加全面、精准地模拟出锥齿轮在整个传动过程中的啮合受力情况,提高锥齿轮设计精度和耐用程度。【方法】依据某设计公司自主研发的输送机当中的直齿锥齿轮机构,利用有限元软件ANSYS Workbench进行瞬态动力学分析,对主动轮分别设置30 r/min、60 r/min、90 r/min三种不同转速,获取其工作工程中的应力应变最大值以及其最大等效应力随时间的变化曲线。【结果】1）最大等效应力值分别为288.6 MPa、274.3 MPa、272.85 MPa。2）当主动轮受到的阻力一定时,随着转速的不断递增,锥齿轮所受的最大等效应力将不断减小,且趋于稳定集中。3）最大等效应力值与最大等效应变值均出现在直齿锥齿轮大端位置处。【结论】不同转速下的最大等效应力均小于材料的许用应力值295.8 MPa,该设计满足强度使用要求,可为直齿锥齿轮传动系统参数设计及动态特性控制提供一定的参考。     

农用柴油机连杆有限元分析与结构优化

运用ANSYS软件对农用柴油机连杆进行了有限元分析,得到连杆的应力分布、安全系数和疲劳寿命的情况。计算结果表明:在最大压缩工况时,最大应力点位于连杆杆身与小头连接过渡处,其等效应力值为303MPa,安全系数为1.24;在最大拉伸工况时,最大应力点位于杆身与大头过渡的工字型截面处,其等效应力值为118MPa,安全系数为3.19。同时,根据计算结果对连杆结构进行了优化,从而提高了连杆的安全系数和疲劳寿命。     

大尺寸重载车用铝合金轮毂径向疲劳寿命预测

大尺寸低压铸造铝合金轮毂在服役状态下疲劳寿命研究较少,是其广泛应用于重载车型的原因之一。因此,利用有限元方法建立重载车用低压铸造铝合金轮毂径向疲劳模型,在轮辋胎圈座上施加等效径向载荷,并考虑充气压力对轮毂的影响,对轮毂进行有限元分析,以确定轮毂的应力应变分布。在应力分析基础上,考虑轮毂在成型过程中不同部位力学性能差异造成其疲劳性能不同,运用应力疲劳理论对轮毂径向疲劳过程进行寿命预测。结果表明:在径向疲劳过程中,内轮缘变形量相对较大,这与相关文献结果符合;与小尺寸铝合金轮毂、大尺寸钢制轮毂相比,轮辋外侧连接内轮缘圆角处应力值相对较高,轮毂通风口之间没有出现应力集中;轮辋外侧圆角处寿命最低,预测结果符合轮毂实际使用情况,为轮毂结构设计与后期改进提供依据。     

基于workbench的混流泵反向发电疲劳寿命分析

部分泵站可进行反向发电工况运行,可以为泵站创造一定的经济效益。此时水泵转轮处于非设计工况,运用双向流固耦合对此时转轮的应力及变形规律进行研究,得出转轮最大应力发生在叶片进水侧叶片与转轮连接处,约为5.8 MPa,并从轮毂向轮缘处逐渐递减;最大形变发生在转轮叶片的进水口边缘处,约为0.013 mm,从轮缘向轮毂中心递减。根据转轮的应力分布情况进行理论计算,最小安全系数为9.24。利用workbench平台中的专业疲劳分析模块,利用疲劳分析工具Fatigue tools估算转轮的疲劳寿命,得出转轮根部为疲劳安全系数最小的部位为9.088 2,与转轮最大应力分布位置相同。两者的安全系数值均在转轮的疲劳寿命在材料安全范围内,在反向发电运行时满足安全稳定的要求。     

河套灌区农业深度节水的思考和建议

【目的】综合现有河套灌区现代化改造成果,探讨当前形势下灌区在农业深度节水方面的潜力及问题。【方法】采用数理统计的方法,对河套灌区2015—2022年的生态引黄用水量、农业引黄用水量、春汇秋浇用水量及灌溉面积等历年水情数据资料进行统计分析。【结果】截至2022年高效节水灌溉面积占有效灌溉面积的22.7%,灌区农田灌溉水有效利用系数达到0.457,较2015年明显提高;2015年至2022年以来,灌区每年生态需水量在4亿m³左右,秋浇年平均水量为14.77亿m³,占年平均用水量的34.1%,有近一半秋浇水量补充地下水;每年秋浇面积40.8万hm²,约占灌区灌溉面积的53%,折算后的田间净秋浇水量为1 980 m³/hm²,较推荐秋浇净定额多用约300 m³/hm²。【结论】灌区节水阈值为40亿m³,另外每年还应引入约4亿m³的生态用水;灌区的节水潜力主要在秋浇,可以通过压缩秋浇面积、分区域、分年...     

铝合金卡车油箱支架轻量化结构设计与CAE分析

【目的】轻量化是汽车发展的主要趋势之一,采用密度小、比强度高及减震性能好的铝合金制造重卡油箱支架,能够起到减轻零件重量、提高整车性能的作用。【方法】课题组根据钢质油箱支架的结构尺寸特征和铝合金压铸件轻量化设计原则设计了铝合金油箱支架,并基于支架的约束条件,利用有限元分析软件对油箱支架结构进行了受力分析,得出了两种油箱支架的应力和位移云图,最后还对比分析了压铸工艺（铝合金支架）和冲压工艺（钢质支架）的经济性。【结果】钢质和铝合金油箱支架的应力分布情况大致相同,均符合零件的服役标准,但铝合金油箱支架所受的应力、等效应变及最大位移量更小;铝合金油箱支架采用两侧有凹槽和内侧有加强筋的结构,可以明显提高支架的承载能力,其最大等效应力比钢质支架减少145.57 MPa,安全可靠性更高,并且具有明显的轻量化效果及较好的经济性,质量减轻42.2%。【结论】本研究结果证明了以铝代钢制造重卡油箱支架的合理性、科学性及可行性,能为汽车轻量化设计和发展提供新思路。     

一种半嵌地式多功能医用车库结构设计

【目的】利用智能化消毒代替人工消毒、建造多功能医用车库等措施为解决大型医疗场所停车难问题提供了新思路。可以提升传统车库的利用率,防止在医院中出现病毒交叉感染的情况。【方法】课题组首先运用三维建模软件NX建立车库结构的简化模型,然后分别阐述了半嵌地式多功能医用车库停车限位装置结构设计、一种具有上坡防溜车功能的减速带结构设计、自由度可移动洗车装置结构设计、载车板设计。【结果】通过对关键部件进行强度载荷分析得出：1)加长销的最小直径为47.8 mm,本车库加长销直径为50 mm,大于最小直径。2)弯曲正应力σ_max=43.8 N/mm²﹤抗弯应力设计值f=295 N/mm²;支座最大剪应力τ^max=34 N/mm²﹤抗剪应力设计值f_v=180 N/mm²;相对挠度v2=■dxdx+Cx+D=■﹤挠度控制值[v]=■。【结论】该设计结构性能良好,满足各项指标要求,在一定程度上解决了现有立体车库的安全性问题,保障了医生、病人的健康。     

镁合金车轮疲劳寿命预测与优化设计

结合镁合金车轮的疲劳类型为机械高周变幅疲劳的特点,提出采用安全寿命设计方法分析镁合金车轮疲劳寿命的研究思路,建立了与车轮弯曲疲劳试验工况相对应的镁合金车轮有限元分析模型;对汽车车轮疲劳强度进行计算,在此基础上采用名义应力法对疲劳寿命进行了预测并进行优化设计。结果表明,车轮的质量减轻了22%,疲劳寿命仍能满足设计要求。     

核桃捡拾机关键部件设计与分析

【目的】解决目前人工捡拾核桃效率低等问题,实现核桃的自动化捡拾作业,提高核桃的采收效率。【方法】课题组针对新疆核桃的种植模式与生长特点,研制了一种能够实现落地核桃聚拢、收集、杂质分离以及脱皮清洗一体化的核桃捡拾机,以聚拢、分选、清洗步骤为研究主要对象,利用SolikWorks软件进行核桃捡拾机的三维建模,并对刀片进行静力学及模态分析。【结果】1)从等效应力图中可以看出,刀片的最大等效应力为6.454 9×10^-4 MPa,在实验中远小于合金钢的最大许用应力;2)从模态云图中可以得到刀片的前6阶固有频率,均远远大于刀片的最大激振频率0.5 Hz,因此刀片在工作运行情况下不会产生振动和噪声,也不会出现共振现象,刀片设计较为合理。【结论】研究结果可为自动化核桃捡拾机的机械设计与改进提供理论参考,从而代替人工捡拾作业,减轻农民的劳动强度,有助于提高我国核桃收获作业的效率和质量。     

有机肥替代化肥对辣椒生长发育的影响

【目的】研究辣椒最佳有机肥替代化肥的施用比例。【方法】以“六十早”辣椒为试材,根据化肥减施水平设计纯化肥、减施1/6、减施1/3、减施1/2、减施2/3、减施5/6和纯有机肥共7个施肥梯度,研究有机肥替代化肥对辣椒生长发育的影响,分析不同施肥处理下辣椒农艺性状、产量和偏生产力,建立肥料施用量与产量、偏生产力的数学模型。【结果】不同有机肥替代化肥处理下辣椒农艺性状和单株产量等存在显著性差异;辣椒产量(Y1)、PFP(Y2)与复合肥施用量(X)之间的肥料效应方程为Y1=-0.032 4X²+33.936X+65 657,Y2=-0.000 002X²+0.001 8X+2.668 2。【结论】辣椒获得最大产量时,最佳复合肥施用量和有机肥施用量分别为523.70 kg/hm²和31907.41kg/hm²;辣椒获得最大肥料利用效率(PFP)时,最佳复合肥施用量和有机肥施用量分别为450 kg/hm²和33 750 kg/hm²。     

双超声波换能器分布方式对反应器内声场影响的数值模拟

【目的】探究不同条件下超声波反应器内的声压分布情况,从而确定出空化强度最高的换能器分布方式,使得超声波反应器更高效。【方法】采用压力声学频域物理场,基于亥姆霍兹方程,对相同体积的超声波反应器的声场进行了数值模拟;考察了双换能器在不同分布方式下,反应器内的声压分布情况,并对比了不同条件下的平均声压值和空化占比。【结果】1)当双换能器位于同一安装面的情况下,双换能器位于底表面时,声压分布最稳定,空化占比最高,达到了24.74%。2)当双换能器位于不同安装面的情况下,双换能器位于前表面和底表面时,声压幅值最大,为2.9×10⁵ Pa;平均声压也达到了最大值,为5.27×10⁴ Pa;反应器内的空化占比达到了19.34%,是5种异面分布方式中的最大值。【结论】换能器的分布方式对超声波反应器内的空化强度具有重要影响,通过数值模拟分析方法可对不同的换能器分布进行最优化分析,从而确定出最佳的换能器分布方式。     

纯电动车后轴的疲劳寿命预测分析

五连杆式非独立悬架系统具有结构简单、价格低等优点,在A00级纯电动车后悬架上得到广泛使用,不同工况下,作为主要承载件的后轴受到持续不断的不同振幅和频率激励,易产生疲劳损坏。本文对纯电动车后轴建立疲劳寿命分析模型,确定了边界条件,并进行了疲劳寿命CAE分析,最后与台架试验结果对比。分析结果表明:制动扭转工况下,后轴应力最大区域位于后轴拖曳臂支架前端(车头方向)与轴管相连区域,疲劳寿命薄弱区位于后轴拖曳臂支架后端(车尾方向)与轴管相连区域,疲劳寿命约27万次～80万次。疲劳寿命CAE分析结果与台架试验一致,验证了疲劳寿命分析模型的正确性,为后轴的优化设计提供参考。