光滑双向渐进结构优化法拓扑优化连续体结构频率和动刚度

针对双向渐进结构优化(bi-directional evolutionary structural optimization, BESO)方法的单元过删除问题,提出了光滑双向渐进结构优化(smooth bi-directional evolutionary structural optimization, SBESO)方法,通过引入权重函数更新单元的质量与刚度矩阵,控制单元删除率以使低效单元逐渐从设计域中删除。以连续体结构固有频率最大化为目标,提出了一种基于SBESO的频率优化方法,对比分析了常函数、线性函数和正弦函数等不同权重函数对连续体结构优化的影响。将等效静载荷(equivalentstatic loads,ESL)方法与SBESO方法相融合,提出了动载荷作用下连续体结构的动刚度优化方法。数值算例表明,SBESO方法通过调节单元删除率和权重函数,控制低效单元在结构设计域中逐渐被删除,有效抑制了单元的过删除问题。采用线性和正弦权重函数,更有利于获得连续体结构的频率最优拓扑解。随单元删除率的减少,动刚度最优拓扑解的结构边界逐渐光滑,而且逼近于同一构形。由此,所提出的SBESO方法完善了BESO方法的优化准则,对于解决连续体结构动力学优化设计问题具有较为重要的理论意义。     

基于侧向变刚度的轮胎多边形磨损机理分析

考虑轮胎接地摩擦的非线性特性,建立了基于侧向变刚度的轮胎多边形磨损模型,并对系统的稳定性进行了分析,指出轮胎的自激振动是一种由系统Hopf分岔引起的稳定周期振动现象,通过数值仿真得到了引起胎面自激振动的车速和车轮前束角范围.结果表明:轮胎多边形磨损为一种典型的非线性自激振动现象,其发生与胎面的侧向振动有关,磨损边数近似等于胎面的侧向振动频率与车轮转动频率之比.所建模型能够很好地解释轮胎多边形磨损的形成机理.     

混合阻塞变刚度软手指设计与实验

为了解决单一阻塞介质变刚度软机械手抓取复杂外形物体效果不佳的问题,受人体手指结构启发,设计了一种仿指腹结构的混合阻塞变刚度软手指。将其设计为双层结构,外层为气动驱动器,内层为基于主动层干扰与被动颗粒阻塞的混合阻塞变刚度层,使得软手指自动贴合被抓取对象,实现主动驱动的被动适应,并通过调整刚度实现可靠抓取。基于传统缝纫工艺,采用超弹性硅胶材料制造软手指。采用Euler-Bernoulli梁理论和虚功原理,建立了基于悬臂梁结构下的多材料软手指的刚度控制模型,并据此提出增大整体刚度的材料筛选方法。弯曲特性实验表明软手指的弯曲性能优异。变刚度和抓取实验结果表明,混合阻塞软手指刚度增大4.6倍,建立的刚度模型最大相对误差为3.4%;在抓取对象表面粗糙度增大的条件下,软手指拉脱力仍增大17%,达到1.7N;相较于单阻塞介质软手指,抓取成功率和承载能力均得到显著提高。     

拖拉机行星齿轮箱故障响应特性动力学仿真及验证

针对目前农业机械设备少有从振动机理方面研究行星减速轮系的故障特性,且缺乏对不同故障程度下系统故障特性的研究等问题,该文以拖拉机传动系统中的行星齿轮减速箱为研究对象,建立了行星轮系动力学模型,考虑了其在运行时振动传递路径时变效应对振动信号的影响;推导了行星轮故障下的啮合刚度变化表达式,并引入故障因子,得到了不同故障程度下的啮合刚度;采用变步长的Runge-Kutta方法求解行星轮系动力学模型,分析得到了行星轮分别出现裂纹及断齿故障时系统响应的频谱特性。模型分析结果表明,由于振动传递路径时变效应对响应信号的调制作用,行星轮系频谱中的啮合频率及其倍频附近出现了以行星架转频为调制频率的边频带;当行星轮出现裂纹或断齿故障时,啮合频率及其倍频附近不仅出现了以行星架转频为调制频率的边频带,同时还会出现以行星轮故障频率为调制频率的边频,且断齿故障状态下的边带幅值较裂纹故障下更加明显。最后将试验信号与模型信号进行对比分析,分析发现,试验与模型响应信号对应频率的最大相对误差分别为4.65%和2.32%,决定系数R2分别为0.999 6和0.999 8,所得试验结果与模型结果基本一致,验证了所建立模型的准确性。该文可为农机设备中行星轮系的故障机理及系统健康监测研究提供参考。     

基于数值仿真的泵阀变刚度弹簧设计与优化

目前往复泵锥形阀普遍采用定刚度系数弹簧,但是对于定刚度系数弹簧,单纯的通过调节刚度与预紧力并不能实现提高吸入性能的同时降低阀盘的落座速度与滞后高度,此外传统泵阀设计中,弹簧预紧力与刚度的确定往往是根据经验设计公式,这些公式是在特定条件下近似得到,简化过程中存在很大的计算误差。针对上述不足,该文建立了弹簧变刚度系数条件下阀盘运动规律的数学模型,论证了刚度渐减型弹簧可以提高往复泵的吸入性能,并基于阀盘运动规律的数值仿真模型,建立了以阀盘无冲击为约束条件,阀隙间最大水头损失最小为目标函数的优化模型,采用遗传算法与模式搜索相结合的优化方法对变刚度弹簧参数进行了优化求解,优化结果与传统设计方法确定的定刚度系数弹簧泵阀相比最大水头损失降低了20.85%。该优化设计方法对于指导泵阀弹簧参数设计具有一定的指导意义。     

软母线刚度对特高压电气设备地震响应影响分析

为研究软母线刚度对特高压电气设备地震响应的影响,建立考虑刚度的软母线位形函数、最大弧垂及软母线最大应力的计算公式。通过软母线连接的特高压设备振动台模型试验与有限元计算的对比分析,验证了笔者给出的考虑刚度的软母线位形函数、最大弧垂计算公式的正确性。有限元分析结果表明:当软母线的刚度增大时,软母线的垂跨比减少,软母线与特高压设备之间的地震耦合作用增强,增强了软母线对设备的拉伸作用,从而使设备的地震反应随着导线刚度的增加而增加。软母线刚度对频率较高的设备其地震反应的影响要大于对设备频率较低设备地震反应的影响。     

基于workbench的baja赛车车架有限元分析

赛车车架作为赛车各个部件的安装载体,是赛车的重要组成部分,它的刚度和强度直接影响赛车的安全性能.针对辽宁工业大学2015年baja参赛赛车,利用workbench软件对赛车车架进行有限元分析,并对其刚度和强度进行校核,从而保证赛车的安全性.     

压路机振动轮减振测试分析

针对某款压路机,以提高设备的隔振效率为目的,对振动轮的振动传递进行了测试,找出影响振动烈度的主要因素.结合该款机型特征探索性提出提高隔振率的措施,经测试验证,明显降低了经减振器输出后的振动烈度.此隔振措施具有推广意义.     

正负刚度并联弹簧汽车座椅悬架设计与仿真

介绍正负刚度并联相消原理,通过分析可知应用该原理可以有效降低系统的固有频率,减小隔振传递率。基于该原理选用连杆弹簧负刚度机构与正刚度弹簧并联,设计新型汽车座椅隔振系统,给出该隔振系统的结构参数和性能参数,得到符合座椅要求的固有频率。用ADAMS建立座椅悬架以及人体-座椅五自由度的虚拟样机模型,采用正弦激励模拟汽车驾驶室地板的输入激励进行仿真,在同样的激励条件下,对未加负刚度的座椅隔振系统进行同样的仿真,分别得到人体头部、躯干上部、躯干下部、臀部和座椅振动的加速度谱。结果表明,与未施加负刚度的普通座椅隔振系统相比,人体加速度明显减小,舒适度得到有效改善。     

某车型机舱散热器框架刚度不足问题优化设计

针对某新款车型机舱散热器框架所存在的刚度不足问题,进行其相应的前期借用车型的实车刚度测试,将结果对比新车型机舱散热器框架通过CAE有限元方法进行模态分析。根据新车型机舱散热器框架模态分析刚度结果进行结构优化设计,再进行新结构的CAE模态分析,测试机舱散热器框架刚度前后的变化。结果表明,根据CAE模态分析结果进行相应原因的机舱散热器框架的结构设计,可以适当地提高机舱散热器框架的刚度。这说明借用老车型实车分析,结合设计阶段零件的CAE分析,进而优化设计各零件的结构是一种有效的、重要的设计方法。