六辐条滑轮设计的试验研究

复杂的工程构件通常无法应用理论计算方法精确计算其应力分布及建立强度条件,往往都是采用经验公式.大直径的滑轮即是这种构件.本文介绍了以链条抽油机天车轮为基础,利用光弹性应力分析手段对滑轮轮缘、辐条的应力分布进行了测试,并用电阻应变测量手段进一步得到了验证,为设计人员提供了可靠的依据.     

基于有限元的铝合金车轮疲劳分析

利用Solidworks建立了铝合金车轮的三维模型,在对车轮进行静应力分析的基础上,对车轮进行弯曲疲劳分析和径向疲劳分析,结果表明该车轮设计可靠合理,从而为车轮的下一步优化设计和可靠性实验提供借鉴。     

基于疲劳和13°冲击性能的组装式车轮优化设计

为了研究车轮的13°冲击性能,提出了一种基于疲劳和13°冲击性能的车轮结构设计和优化方法。以16×61/2J型车轮为研究对象,基于动态弯曲疲劳试验和动态径向疲劳试验对车轮进行了联合拓扑优化,设计了一个镁合金轮辋和铝合金轮辐的组装式车轮结构。建立了组装式车轮13°冲击试验的有限元模型,基于不同应变率下AZ91D镁合金和6061铝合金的材料本构模型分别分析了冲锤正对辐条和正对窗口冲击两种工况下车轮的应变,并研究了13°冲击性能与车轮结构之间的关系。利用网格变形技术建立了组装式车轮在两种工况下的参数化模型并定义了12个设计变量,使用Isight软件平台集成DEP-MeshWorks和LS-DYNA软件建立车轮多目标优化模型,利用最优拉丁超立方和Box-Behnken设计拟合了径向基RBF网络近似模型并验证了近似模型的精度。利用所建立的近似模型,以车轮质量和冲锤正对辐条冲击时轮辐的最大应变最小为目标,其余应变为约束,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对车轮进行了多目标优化设计。得到了Pareto前沿,综合考虑了车轮13°冲击性能条件下,选取了一个妥协解作为优化设计结果。结果表明:在满足车轮各项13°冲击性能要求的条件下,优化得到的组装式车轮与同型铸造铝合金车轮相比减重30.65%。     

基于车辆地面力学的轮式移动机器人力学模型及分析

基于车辆地面力学理论,分析了刚性车轮与塑性土壤接触作用点的应力、速度和剪切位移,系统地分析和推导了车轮所受地面土壤的作用力.针对四轮滑动转向移动机器人,建立了移动机器人在塑性土壤上行驶的力学模型.通过仿真实验,分析了几种不同地面土壤参数对机器人运动性能的影响.其为轮式移动机器人运动控制和路径规划奠定了基础.     

汽车车轮的强度分析及优化设计

针对目前汽车车轮轻量化的发展趋势，在深入分析了铝合金材料性能的基础上，采用MSC。PATRAN和MSC。NASTRAN为基本工具，完成了对汽车车轮的强度分析，并对其者了优化设计，结果表明：优化后铝合金车轮上的最大应力值接近铝合金的强度极限，既充分利用了材料，有效的减轻了车轮重量，又促使应力分布更加合理。     

CRH5型高速动车组车轮轮辋疲劳寿命分析

根据国内外车轮相关标准,采用基于有限元法的疲劳寿命分析方法分析了动车组车轮轮辋疲劳寿命。根据UIC510-5和BS EN13979标准,确定了车轮运行过程中的载荷工况,进而编制了动车组车轮在不同工况下的载荷谱。借助有限元软件分析了不同工况下动车组车轮的应力状态并获得了轮辋危险部位的应力谱,结合轮辋材料的S-N曲线和Miner法则对直道、弯道和道岔工况下车轮轮辋危险部位的疲劳寿命进行了估计。结果表明:道岔工况对轮辋危险部位寿命影响最为严重,而直道和弯道的影响相对较小。分析结果为确定车轮的安全检修周期提供了一定的理论依据,对高速动车组的安全运行有实际指导意义。     

钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化

设计了一种以热轧高强钢作为内轮辋、低碳钢作为外轮辋材料的异种钢材组装式车轮,提出一种车轮多种工况下循环载荷疲劳耐久试验方法,对车轮进行疲劳寿命预测. 基于有限元法,计算不同位置下施加载荷时车轮的强度、刚度,不同应力频率下的疲劳寿命和安全系数,并分析出局部大应力关键部分. 以转弯工况建立参数化模型,定义了8个结构设计变量,利用最优拉丁超方实验设计方法选取初始样本点,拟合了车轮Kriging近似模型,以车轮最小质量、疲劳寿命和疲劳寿命安全系数最大为目标,并以应力、最大形变量为约束,对车轮进行多目标优化,并进行弯曲疲劳试验验证. 结果表明,异种钢材组装式车轮在优化后,性能良好,满足设计寿命要求,质量较优化前车轮减重9.73%.     

轮胎充气压力对车轮应力分布影响的数值模拟

为了实现在设计阶段能正确预测车轮力学性能的目的,通过有限元分析方法,分别采用动态响应和静态分析方法对冲击试验下车轮的应力分布进行分析,确定对冲击试验进行静态分析的合理动载荷系数;利用静态有限元分析方法,分别对车轮在充气压力、冲击载荷、径向载荷、充气压力加冲击载荷、充气压力加径向载荷作用下的应力分布逐一进行分析,着重研究轮胎充气压力对车轮应力分布和最大应力的影响.研究结果表明,冲击试验分析模型可以不考虑充气压力,但径向载荷试验分析模型必须考虑充气压力,这为下一步深入研究冲击试验和径向载荷试验有限元分析模型做了准备.     

机械弹性车轮结构参数对牵引性能的影响

为解决充气轮胎在越野路面行驶的防破损问题,提高车辆通过性能,对机械弹性车轮的牵引性能进行了研究。通过对机械弹性车轮特殊承载方式进行分析,建立了考虑车轮滑转和地面切应力的驱动轮牵引性能预测模型,推导了车轮沉陷、土壤推力、挂钩牵引力等计算公式;对机械弹性车轮和普通充气轮胎的牵引性能进行了对比,结果表明与普通轮胎相比机械弹性车轮具有较好的通过性能;研究了机械弹性车轮刚度、半径和宽度对牵引性能的影响规律,为车轮结构设计及整车动力学优化提供了参考。     

机车轮对加装扣环方案的有限元分析

利用ANSYS软件，对机车轮对进行了应力、变形的非线性分析，并对轮箍加装扣环前后其配合面内的接触应力分布进行比较；详细讨论了直线持续牵引工况中，轴重、牵引力、水平侧向力等对机车轮对应力分布的影响，模拟分析了在加载作用下，加装扣环前后轮对配合面的应力分布情况。通过分析计算，确定了机车轮对轮箍加装扣环方案对轮对的强度的影响。     

重载机车在不同牵引工况下的轮轨匹配分析

重载机车轴重增大及速度提高带来了严重的轮轨磨耗问题.针对机车在不同牵引工况下的轮轨型面匹配情况,应用轮轨型面测量仪实测机车车轮型面数据,将标准与磨耗后机车车轮型面分别和标准75 kg/m钢轨型面在对中位置匹配,建立机车轮对-钢轨三维有限元模型,并进行接触计算分析,得出如下结论:车轮踏面磨耗使轮轨间的Mises应力减小,其中标准型面的最大Mises应力点出现在轮轨表面下2~3 mm处,磨耗型面的最大Mises应力点更接近轮轨表面;牵引力使车轮的等效应力点较钢轨上的应力点位置出现纵向偏移,且随着牵引力的增加,纵向偏移量越大;车轮的踏面磨耗使轮轨接触斑中心更接近钢轨内侧轨距角;施加不同牵引工况时的轮轨横向切应力几乎不变;施加相同牵引工况时,车轮型面磨耗1 mm的轮轨纵向切应力大于标准型面,而车轮型面磨耗2 mm的轮轨纵向切应力小于标准型面.     

单点系泊防碰圈的理论分析

本文提出了单点系泊防碰圈的计算模型。利用曲梁理论分析两辐条间外缘圈的变形与内力,进而由边界条件与连续条件获得了防碰圈的理论解。文末以南海涠10—3油田单点系泊防碰圈为例,详细地分析了防碰圈系统的內力与变形随辐条预紧力的变化关系?峁砻麂?0—3油田单点系泊防碰圈多次发生的辐条破断事故可能是由于辐条预紧力不够合理造成的。     

考虑焊缝疲劳的工程车轮弯曲疲劳寿命分析

工程车轮作为一种典型的焊接结构件,其结构中包含多条焊缝,在车轮弯曲疲劳试验过程中,焊缝承受着较大的动应力,极易产生应力集中并导致裂纹萌生.为对焊缝处进行疲劳分析,在采用逆向工程技术创建包含焊缝在内的工程车轮三维实体模型的基础上,建立了车轮弯曲疲劳分析的有限元模型,分别选择名义应力法和BS7608标准对车轮焊缝区和非焊缝区进行疲劳分析,得到工程车轮的弯曲疲劳寿命,与不考虑焊缝的车轮弯曲疲劳寿命对比,工程车轮弯曲疲劳最危险的位置为轮辐和轮辋角接焊缝处而非轮辐的螺栓孔附近.最后对上述仿真和计算结果进行了试验验证,证明了包含焊缝的车轮有限元模型和分析方法的正确性.     

冲角对车轮与道岔尖轨弹塑性接触的影响

在机车运行中轮轨间存在冲角,改变轮轨接触关系.针对冲角对车轮与尖轨接触的影响问题,建立了车轮—尖轨接触三维有限元模型,通过弹塑性接触计算,分析不同冲角工况下的接触情况.结果表明:轮轨间冲角的存在,导致车轮与钢轨接触位置发生改变,基本轨和尖轨接触斑中心不在同一钢轨横断面上,冲角越大,超前或滞后的数值越大;车轮与尖轨接触法向力随冲角的增大而增大;不同冲角工况下车轮与尖轨的接触等效应力变化规律基本一致,最大等效应力均出现在2 m位置处;冲角的增大会造成尖轨前端等效应力增大,导致车轮轮缘与尖轨的磨耗增加,降低车轮和尖轨的使用寿命.     

被动无边轮辐运动特性的Adams仿真分析

对双足被动机器人最初模型——二维无边轮辐进行了研究,建立了其动力学模型,并通过Adams分析了其运动过程中的特点,逐一分析了轮辐初速度、质量、足半径、辐条数量、辐条长度、转动惯量以及斜面坡度对无边轮辐运动的影响.结果表明:合适的初速度和斜面坡度,以及较大的质量、较大的足半径、较多的辐条数量、较短的辐条长度、较大的转动惯量会使无边轮辐形成快速而平稳的周期运动.     

火车车轮非线性有限元热应力分析

目的 对火车车轮在车轮和轴的安装过程中所产生的应力以及在刹车过程中产生的热应力进行分析，保证火车在高速行驶状态下的安全性及强度能满足要求。方法 利用ANSYS软件进行几何建模，并对该结构非线性 有限元分析。结果 得到了车轮和轴结构的温度场图和应力场图。结论 计算结果表明：该车轮结构设计合理，作者同时了提出了一些改进设计的合理建议。     

一种新颖的拉压两用测力传感器的研制

本文通过建立孔辐型传感器的半根辐条这个力学模型,推导出弯曲应变沿辐条轴线的分布规律,找到了两段应变均匀分布的贴片区域;并且通过实验得到了验证。最后制成了拉压两用测力传感器,成功地改造了国产WD—10D型电子万能材料试验机。     

鼓形驱动轮与松散沙土相互作用力学分析

为给月球车结构设计、运动控制和模拟仿真等提供必要的轮-地相互作用理论模型,基于车轮与松散沙土间的承压、剪切特性理论,建立了鼓形驱动轮与松散沙土相互作用力学模型.通过分析轮-地接触法向应力与切向应力分布,考虑最大法向应力向车轮前方偏移的现象,引入最大法向应力角随滑转率变化的理论公式,分析鼓形轮运动特性指标与松散沙土力学参数及车轮参数间的定量关系.依据松散沙土力学参数测量,指出剪切变形模量与接地比压的定量表达式,通过分析鼓形轮的接地面积,确定对应于载荷的剪切变形模量值.利用月球车车轮运动性能综合测试系统进行了鼓形轮在松散沙土上的滚动力学实验,结果验证了利用该理论模型预测鼓形轮运动性能的可行性.     

火车车轮非线性有限元热应力分析

目的　对火车车轮在车轮和轴的安装过程中所产生的应力以及在刹车过程中产生的热应力进行分析 ,保证火车在高速行驶状态下的安全性及强度能满足要求 .方法　利用 ANSYS软件进行几何建模 ,并对该结构进行非线性有限元分析 .结果　得到了车轮和轴结构的温度场图和应力场图 .结论　计算结果表明 :该车轮结构设计合理 .作者同时还提出了一些改进设计的合理建议 .     

车辆多轮荷载作用下埋地管道动应力仿真分析

为解决车辆多轮荷载作用下埋地管道动应力响应问题,本文以某重型车辆多轮荷载下的埋地管道为研究对象,建立了路-管-土系统结构的有限元模型。采用有限元分析软件ABAQUS,考虑沥青混凝土路面结构、土壤特性和管-土之间接触特性,分析车辆多轮荷载作用下埋地管道动应力响应特性,得到不同时刻管道中部管顶处内外壁的等效应力和各向应力变化情况。结果表明,随着车辆驶近埋地管道,管道内外壁的等效应力和各向应力的数值和分布范围逐渐增加,且呈椭圆分布;随着车辆驶离埋地管道,等效应力和各向应力的数值和分布范围逐渐减小。管道内外壁等效应力和各向应力均出现两个较大峰值,第一峰值为前轴车轮作用时,第二峰值为轴距较小的中、后轴车轮作用时。该研究结果为车辆荷载作用下埋地管道的性能研究提供了参考依据。