边界载荷反求法分析推耙机的焊接结构疲劳

针对工程装备焊接结构模型复杂、计算数据庞大导致的疲劳寿命难以预测问题,该文将带有缺陷的局部结构体分离出来单独进行分析,采用有限元和应力解析计算方程获得测试应力(应变)和结构体边界载荷之间的关系,以便反求得到局部结构体的外载荷,进而应用降维多轴疲劳损伤模型开展局部结构体裂纹扩展寿命的研究。以存在多条焊缝的推耙机H形架横梁为对象设置初始裂纹来模拟焊接缺陷,基于测试数据确定横梁的等效边界载荷并进行疲劳寿命计算,预测得到的H形架横梁使用寿命与工程实际寿命误差在5%以内,说明该方法是切实可行的。该研究可为工程结构设计及制造精度控制提供参考。     

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%。     

基于功率密度的玉米收获机车架疲劳分析

为从理论上深入探讨载荷频率对疲劳寿命的影响,引入功率密度的概念,并基于功率密度和时频分析提出一种疲劳寿命预测方法,在疲劳分析过程中可同时考虑应力幅值和频率2个因素对疲劳寿命的影响。以某型号自走式玉米收获机为研究对象,在调研数据和有限元分析的基础上,确定车架上危险点位置,设计并实施了应变信号采集试验方案,对收获机各工况下车架危险位置的动态应变进行采集,获得各测点在不同工况下的载荷-时间历程。在实测载荷基础上,利用基于功率密度的疲劳分析方法对玉米收获机车架的疲劳寿命进行预测,得到危险点的疲劳寿命为394 h,与名义应力法分析得到的疲劳寿命(845 h)相比较,更接近实际工作寿命(400~500 h)。该研究为农业装备关键部件的疲劳寿命提供更精确的分析和预测方法,并促进疲劳分析理论的发展。     

深水网箱浮架结构的失效及疲劳性能分析

为了分析台风海况环境与系泊载荷导致深水网箱局部崩塌的现象,分析网箱部件长期承受波浪交变载荷作用而导致的疲劳破坏问题,该文自主开发网箱浮架试样的加工方法,并进行浮架管材的性能参数测定,进一步采用等效载荷有限元模拟、全场景有限元模拟与力学试验对比验证,结合有限元结构仿真分析网箱浮架的失效及疲劳情况。结果表明,网箱浮架承受拉伸及弯曲载荷时弹性变形至塑性变形的临界屈服强度为22.12和30.58 MPa;浮架应力集中及疲劳关键节点主要为焊接点、系泊点、管材联接及工字架装配边缘区域,塑性区扩展至表面且断裂伸长率大于340.18%时发生结构断裂;浮架单点系泊及均布载荷40 kN时的低周疲劳寿命为734次应力循环,主要是由于此时的结构应力大于疲劳极限3.38 MPa导致疲劳寿命减小。增大系泊面积和工字架数量、减少焊接接头、降低联接管材的SDR系数可有效提高网箱浮架的可靠性能。研究结果可为长期和极限作业环境下网箱结构的优化设计提供参考。     

履带拖拉机车架静强度的有限元分析

建立了东方红—852履带拖拉机车架的静态有限元模型,通过室内试验验证了该有限元模型的正确性。并由整机实际工况下的田间试验,测量了该拖拉机在牵引、推土和越障等工况下车架所受的真实载荷和一些主要点的应变响应,以测得的载荷作为输入分析了车架在上述三种工况下的应力分布,找到了车架的危险部位,研究了导致车架破坏的原因,提出了相应的结构改进建议。     

联合收割机行走底盘变速箱齿轮的疲劳分析

为预测联合收割机行走底盘变速箱齿轮的失效部位及使用寿命,采用SolidWorks软件建立了联合收割机行走底盘变速箱输入齿轮副的三维有限元模型,并模拟实际工作情况进行齿轮传动加载。根据齿轮面－面接触力学模型,分析了齿轮副在载荷作用下的力学特性,计算得到齿轮的齿面范·米塞斯（Von Mises）应力、位移及应变分布状况,其最大范·米塞斯应力约为394.16 MPa,小于材料的屈服极限,轮齿根部不会发生齿根断裂。基于Simulation模块中定义的S-N曲线对齿轮进行了疲劳分析,运用威尔布分布描述疲劳失效的概率,预测了当齿轮的工作寿命为500 h时齿轮的失效概率为93.96%。在自制的变速箱疲劳试验台上进行了疲劳性能试验,结果表明输入主动齿轮在工作500 h后齿面磨损非常严重。齿面点蚀主要集中在齿面的中部区域,齿轮完全失效,与理论分析基本吻合。     

工程车辆传动系载荷谱编制方法

为研究工程车辆传动系疲劳载荷谱的编制方法,采集了装载机5种典型工况的传动件载荷信号,采用作业循环分成6段处理的方式,对原始信号进行预处理和特性分析,得到反映载荷变化规律的真实信号。对变速箱后传动法兰,利用雨流计数法对其载荷时间历程进行了统计处理,结果表明：后传动法兰铲掘段均值分布服从均值为1910 N·m、标准差为537.8 N·m的正态分布,其幅值服从三参数威布尔分布,并且均值和幅值相互独立。根据各个工况的作业时间比例,进行频次外推和合成,利用二维概率分布函数,建立了各作业段的8×8级二维载荷谱。应用Goodman方法,将二维载荷谱转化为8级一维载荷谱,编制成反映装载机传动系受载情况的程序载荷谱。该方法可为工程车辆传动系寿命预测以及疲劳寿命试验提供参考。     

基于强度退化的疲劳累积损伤模型

为研究金属构件疲劳累积损伤问题,运用强度退化模型建立了2种不同的疲劳累积损伤模型,该模型基于材料疲劳寿命特性确定了强度退化模型的系数,将模型应用于两级和三级载荷下疲劳剩余寿命估算,结合试验数据进行了验证,结果表明采用该模型可以较准确地估算两级和三级载荷下的疲劳寿命。该研究对金属构件疲劳寿命预测提供参考。     

转鼓式固体发酵罐支承结构设计及有限元分析

为实现以甜高粱为原料的先进固态发酵法(advancedsolid-statefermentation,ASSF)生产燃料乙醇工艺的大规模、自动化、连续生产而开发的大型转鼓式固体发酵罐,其支承结构的设计是影响设备安全稳定运行的决定性因素。通过分析甜高粱秆碎料在发酵罐内的运动特点,确定了加载在筒体和支承结构上的载荷状况。应用有限元分析软件ANSYS对的支承系统各部件进行了三维实体建模,考虑了各部件间的接触关系,对工作状态下的非线性接触应力做出了理论分析和数值模拟,分别得出了支承系统内摩擦环、支撑轮和轮轴的应力分布规律。根据有限元分析结果,以限制筒体变形量和避免疲劳裂纹扩散作为主要关注点,提出了在制造过程中需要控制焊接变形和减少焊接残余应力的重点部位和技术要求。通过电测应力法在工程现场对仿真结果进行验证,结果表明:有限元计算对应力峰值部位预测结果与试验值一致,得到的应力分布规律具有较高的准确性。该研究可为类似大型回转式农业机械的支承结构的设计提供参考。     

葡萄的力学特性及有限元模拟

在建立单个葡萄力学模型的基础上,对其进行了有限元分析。通过模型计算与试验相结合的方法,确定出葡萄果肉的弹性模量。得出在压缩载荷作用下,葡萄内部的应力分布规律,为深入研究水果、蔬菜的微观组织损伤打下基础。经模型计算与试验结果相比较,得出表皮破裂是葡萄宏观破坏的主要形式,最大拉应力是造成葡萄机械损伤的主要原因。     

基于多轴道路模拟激励谱的摩托车车架虚拟试验方法

摩托车车架的疲劳可靠性是摩托车整车最重要的性能之一,为了对摩托车车架的疲劳可靠性进行准确高效的分析和评价,提出了基于时频域误差加权和力-位移混合控制的摩托车车架多轴道路模拟试验方法,结合采集的实际行驶道路载荷谱和开发的车架多轴道路模拟试验台,采用时域和频域误差加权系数均为0.5的力-位移混合控制多轴道路模拟试验使摩托车车架实际行驶道路载荷谱模拟迭代精度达到93%,并提取了多轴道路模拟激励谱。基于摩托车车架多轴道路模拟试验系统,利用HYPERWORKS有限元分析软件和MSC.ADAMS多体动力学仿真软件,建立了摩托车车架刚柔耦合多轴道路模拟虚拟试验平台,以多轴道路模拟激励谱为输入进行了仿真分析,并采用多轴道路模拟试验进行了结果验证,从而建立了基于多轴道路模拟激励谱的摩托车车架虚拟试验方法。结果表明,仿真结果和试验结果在时频域中趋势和幅值都吻合很好,时域曲线几乎重合,只是频域曲线在13 Hz和24 Hz附近幅值略有差异,但频域曲线均方根值误差均在10%之内,基于多轴道路模拟激励谱的摩托车车架虚拟试验方法能够对摩托车车架疲劳可靠性进行高效准确的考核。     

基于模态置信度准则的插秧机支撑臂模态分析与结构优化

针对高速插秧机栽插机构动力传输过程中的振动问题,该文以2ZG-6DK插秧机为研究对象,分析了栽插系统动力传输方式及工作原理;利用Solid Works软件对插秧机动力传输系统中关键部件支撑臂进行建模,将模型导入ANSYS Workbench并结合Lanczos Method解算方法求解模态固有频率和振型,在此基础上开展基于MAC(modal assurance criterion)准则优化的模态试验,验证了有限元理论分析的准确性。为使支撑臂固有频率避开外部激振频率,在分析外部频率激振特点的基础上,基于ISIGHT多学科软件平台,采用序列二次规划法对支撑臂结构参数进行优化。研究结果表明:优化后支撑臂侧壁腔体厚度5.7 mm、横梁宽度42.0 mm、臂长497.0 mm,前4阶模态频率分别调整至135.17、204.23、483.14和702.32 Hz,均可避开插秧机汽油发动机激振频率范围86.67~120 Hz。优化后1阶频率下振动幅度衰减最为明显,振动幅值最高下降9.4%,支撑臂低频振动特性得到明显改善。研究结果可为插秧机的振动特性分析与减振设计提供参考。     

空气悬架系统动态载荷的识别

针对空气悬架系统主动控制中神经辨识器的离线训练问题,利用BP神经网络实现从空气悬架系统非簧载质量振动加速度空间到其动态载荷空间的映射。建立带有空气悬架系统的1/4工程车辆动态模型,通过仿真得出了工程车辆空气悬架系统的非簧载质量振动加速度和动态载荷数据,以空气悬架系统的非簧载质量振动加速度数据作为神经网络的输入,动态载荷数据作为神经网络的输出,训练BP神经网络,并对训练好的BP神经网络进行泛化能力的测试,路面输入采用幅值为0.01 m,频率为1 rad/s正弦波时,识别误差率在30%以内的点占总数的82.95%;以幅值为0.02 m,频率为2 rad/s的正弦波作为系统的路面输入,识别误差率在30%以内的点占总数的77.94%。结果表明BP神经网络能够对不同的路面输入具有较好的适应性。     

基于最优分布拟合的拖拉机三点悬挂牵引力载荷谱编制与台架试验

拖拉机三点悬挂装置作业载荷特性与分布研究对于预测零件寿命、产品可靠性分析等具有重要意义。针对传统参数外推编制方法对于多峰及概率分布不明确的作业载荷存在验证不通过或拟合效果差等问题,该研究提出基于最优分布拟合的载荷谱编制方法,建立了均值服从混合高斯、幅值服从混合威布尔的混合分布模型,采用AIC准则（Akaike Information Criterion）与BIC准则（Bayesian Information Criterion）相结合确定混合分布最优基函数个数,并利用EM（Expectation-Maximization）算法进行混合分布最优参数估计。以拖拉机三点悬挂牵引力实测载荷为对象进行最优分布拟合求解,与单分布相比,混合高斯分布与混合威布尔决定系数分别提高3.45%和6.02%,相关系数分别提高1.73%和4.87%,均方根误差分别降低31.38%和40%,残差平方和分别降低52.92%和64.01%。利用最优分布拟合进行极值和频次外推,并对外推一倍载荷谱与原始载荷进行统计特性与雨流计数对比分析,结果表明：外推载荷极值范围得到扩充,载荷分布规律一致,能够在保留原始载荷特性的前提下实现均幅值的双向外推。将外推牵引力载荷谱应用于拖拉机三点悬挂牵引力室内台架加载系统,并基于PID控制实现悬挂牵引力的反馈调节。加载试验结果表明：系统最大超调量为5.19%,最大稳定时间为0.2 s,最大延时为0.4 s,系统响应特性较好,室内台架系统能够满足拖拉机三点悬挂牵引力的加载与复现,并对外推牵引力载荷谱与反馈牵引力载荷谱进行雨流计数分析,均值、幅值频次保持一致,两者疲劳损伤等效,研究结果可为基于载荷谱的拖拉机室内台架试验提供理论依据和参考。     

基于时频和功率谱密度的移栽机振动特性测试与分析

针对移栽机机械受激励产生振动影响取苗、顶苗工作稳定性的问题,该研究以2ZTT-2型顶夹式气动蔬菜移栽机为研究对象,对移栽机的振动特性进行研究。采用时频分析和功率谱密度分析相结合的方法,得到信号能量在时间轴以及频率轴上的分布特征,并运用锤击法,研究了不同工况下各测点主要频率与该测点代表运动部件的前5阶固有频率之间的对应关系。试验结果表明:取苗摆动装置运动、苗盘横移是移栽机的主要振源,取苗机械手开合、顶苗机构伸缩是振动的次要原因。振动信号频率主要分布在低频频率(0～10 Hz)处,取苗摆动装置运动时加速度振动幅值为5.43 m/s2,整机运转时为1.71 m/s2,振幅下降了68.51%,并且移栽机取苗摆动装置运动所引起的主要振动频率(6.10 Hz)与对应测点处的第5阶固有频率(6.25 Hz)相近,发生了共振现象。研究结果可为移栽机振动特性分析、结构优化设计提供参考。