装甲车变速箱滚动轴承故障仿真分析

为解决变速箱轴承故障不能及时准确诊断这一问题,将刚柔耦合动力学仿真技术应用到变速箱轴承故障诊断中。首先对轴承双冲击理论进行了简要分析,然后根据装甲车变速箱轴承实际参数建立了基于ADAMS的轴承刚柔耦合动力学模型,对4种不同尺寸的轴承外圈故障进行了仿真,对轴承外圈故障进行了分析得到了不同尺寸故障下的振动信号的时频特性。通过实验分析验证了变速箱轴承刚柔耦合模型建立及仿真过程的正确性。仿真及实验结果表明:随着故障尺寸的增大,时域信号中出现双冲击现象,根据时域信号中双冲击的时间间隔就可以判断所对应的轴承外圈故障的大小。该结果为及时掌握装甲车变速箱轴承故障进展与实现装甲车的安全运行提供了帮助。     

主轴系统的刚柔耦合接触动力学仿真分析

以高速数控铣床主轴多体系统为例,研究了主轴刚柔耦合多体系统的输出响应的动态特性。从柔性多体动力学的基本原理出发,系统地分析了主轴系统刚柔耦合的动力学模型的原理,提出基于修正的Craig-Bampton法建立主轴系统刚柔耦合的接触动力学模型的方法。基于虚拟样机模型,综合考虑齿轮传动的时变啮合刚度、间隙、摩擦和切削力等影响动态响应的接触因素,分析出轴承结合部、驱动转速和齿轮啮合等的时变特性对主轴系统动态响应的影响。仿真结果与理论和实验分析结果相一致。该仿真算法可以有效地解决考虑多动态参数激励的主轴系统的动态响应问题。     

含间隙多连杆机构刚柔耦合动力学建模与分析

针对间隙和柔性构件对多连杆机构动力学响应的影响，研究了一种适用于多连杆机械式压力机的平面六杆机构。建立了转动副间隙矢量模型，通过Lankarani-Nikravesh法向接触力模型和改进的库伦摩擦力模型建立了转动副间隙处的碰撞力模型。基于绝对节点坐标法建立了柔性梁单元模型，通过拉格朗日乘子法建立了含间隙机构的刚柔耦合动力学方程，并通过Adams虚拟仿真软件验证了动力学模型和理论分析的正确性。研究间隙值和摩擦系数对机构动力学响应的影响，利用相图、Poincare映射图和分岔图对机构的非线性特性进行分析，结果表明，随着间隙值的增大和摩擦系数的减小，机构受到的影响越大，产生的响应峰值越高，同时转动副间隙处的混沌现象有所增强。     

双盘悬臂转子轴承系统松动碰摩耦合故障分析

针对考虑松动-碰摩耦合故障的双盘悬臂立式转子-轴承系统，建立了该系统的力学模型和有限元模型，并基于非线性有限元方法和接触理论研究了松动刚度和碰摩间隙两个重要参数对系统动力学特性的影响。通过对在不同松动刚度和不同碰摩间隙时系统动力学特性的研究分析，发现转静件碰摩能够减小松动引起的低频振动，支座松动产生的碰摩具有明显的方向性，从而得出转子系统中诊断松动-碰摩耦合故障的依据。     

铁路凹底平车凹底架动态响应及其疲劳强度

将有限元分析方法与多体系统动力学理论有机地结合在一起,应用于凹底平车多体系统的动态响应分析、凹底架的弹性振动分析和疲劳强度研究中.在进行轮轨接触、轨道谱以及车辆系统非线性因素等的计算、模拟基础上,基于有限元分析软件ANSYS,采用超单元法建立凹底架弹性体动力学方程.把有限元分析结果引入到SIMPACK动力学软件中,进而建立凹底平车的多刚体系统和刚柔耦合系统动力学模型,进行仿真计算并与试验结果对比分析,研究运行速度和悬挂参数对车辆系统动态响应的影响规律,分析凹底架的动态限界和凹底架的疲劳强度问题.分析得出,刚柔耦合多体系统动力学模型更合理.计算结果表明,重车运行过程中速度不宜过高,并要合理匹配悬挂参数,避免凹底架下平面超限界和过早疲劳破坏.     

循环阵列组合可展结构单元机构的刚柔耦合动力学特性研究

以某卫星天线的可展单元机构为对象,采用非线性弹簧与阻尼模拟铰链间隙处的接触碰撞力学关系,并采用2阶插值基函数的线性组合描述杆的弯曲弹性变形,建立了单元机构的刚柔耦合动力学模型,研究运动副间隙及构件柔性对卫星天线可展单元机构的动力学特性的影响.分析结果表明,运动副处的间隙和构件的柔性都会导致碰撞力产生明显的局部波动,且刚柔耦合模型比刚性模型碰撞力的波动幅值增大了数倍.研究工作对可展机构的动态优化设计奠定了基础.     

海上浮式风电机组刚柔耦合结构动力学建模与分析

基于凯恩方法和模态叠加法对三叶片水平轴海上浮式风电机组进行了刚柔耦合结构动力学建模和分析。首先建立浮式平台的水动力载荷模型,然后,把塔架和叶片等柔性件离散为有限个刚性单元体,并采用模态叠加法计算每一离散单元的偏速度和偏角速度,最后采用凯恩方法建立刚柔耦合结构动力学模型。以美国可再生能源实验室（NREL）海上5MW半潜式风电机组为算例,结合气动力载荷模型和水动力载荷模型对所建立的模型进行了风、浪响应计算,主要从输出功率、叶尖及塔顶振动信号的耦合特性两个方面对海、陆风电机组进行了对比。     

空间刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析

对空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率特性进行分析.建立一种空间有限元梁单元新模型,基于有限元法和Lagrange 方程导出有限元梁单元的运动微分方程.通过分析动平台运动参量与运动支链间的运动关系,得到刚柔耦合并联机构系统的运动学约束条件,并由Newton-Euler方程得到系统动平台的动力学模型.根据系统的运动学约束条件和动平台的动力学模型,经过各个单元运动微分方程的有机组装,导出刚柔耦合并联机构系统的整体动力学方程.在此基础上,通过算例3-RRS刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析,总结空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率与机构基本参量之间的内在规律.结果显示,刚柔耦合并联机构系统的结构尺寸、支链中杆件的截面参量和材料参量等对系统的固有频率都有显著影响.研究对进一步研究刚柔耦合并联机构的动态特性和机构优化设计具有重要的指导意义.     

双转子系统临界转速及其瞬态启动研究

转子-轴承-基础系统有限单元法建模可以考虑陀螺力矩、横向剪切变形、内部粘性阻尼和滞后阻尼等影响,便于耦合多个转子子系统,在工程转子动力学分析中应用广泛。根据有限元单法建立转子轴承系统的动力学模型,详细推导内外转子耦合过程,得出双转子系统的运动微分方程,并且编程对数值计算。通过固有频率分析,研究双转子结构不同转速比和正反转情况下的临界转速,演示内外转子间的中介轴承刚度对系统振动特性的影响;应用有限元模型结合Newmark法,对系统启动过程进行仿真,预测启动过程中的振幅变化和轴心轨迹。     

火炮方向机含间隙接触动力学仿真分析

针对火炮发射动力学仿真中方向机输出齿轮含间隙接触模型计算困难的问题,应用有限元计算方法对其进行了求解并应用停止间射击动力学仿真与实验进行了验证。首先建立方向机输出齿轮与炮塔座圈齿轮单自由度模型,定义接触力公式,应用有限元方法对一定初始载荷下的输出齿轮与炮塔座圈齿轮接触压力、渗透量等接触特性进行了计算,并基于contact接触碰撞力计算公式对接触刚度系数进行了求解,最后应用ADAMS软件对停止间射击过程中的接触响应进行了动力学仿真分析,并基于实弹射击动态参数实验对仿真模型进行了验证。分析结果可为方向机结构设计与校核提供指导,并为火炮射击精度分析提供理论依据。     

转管机枪外弹道特性分析与射表计算软件研究

对某转管武器外弹道特性以及身管旋转对弹道的影响进行了理论分析,并对影响因素加以修正.以弹丸外弹道微分方程为基础建立了转管武器修正的数学模型,对弹丸出膛时的运动速度进行了分析,考虑枪管坐标和地面坐标间的变换,提出了不同转速下身管旋转修正量计算的方法,为转管武器射表编制提供了技术依据.利用MATLAB软件对弹道修正的数学模型进行计算,并编译成为可执行文件,能够直接输出编制射袁所需数据.     

大口径火炮多发连射炮管热力耦合分析

通过建立一维内弹道学两相流模型和经典圆管瞬态热传导模型,研究了大口径火炮多发连射过程的瞬态传热特性,并用ABAQUS软件进一步分析20发连射时炮管的热结构耦合场。得到某155mm火炮药室部温度场和瞬态热应力场分布规律,为进一步评测炮管的疲劳裂纹和确定剩余寿命提供了参考。     

基于虚拟样机技术和灵敏度分析的地面火炮射击稳定性优化研究

传统的火炮设计和分析均基于“平面、对称和静平衡”三个基本假设，实际上是一种静态的分析方法，尽管在工程实践中引入了多种经验符合系数，但是火炮分析结果和试验的一致程度不能令人满意。这是因为火炮的射击过程是一个动力学过程，需要采用动力学分析方法。虚拟样机技术的出现为火炮射击稳定性研究提供了新的方法，文中在建立火炮动力学模型的基础上，通过选取火炮结构参数对火炮射击稳定性进行研究，利用虚拟样机分析高低机刚度和阻尼、大架刚度和阻尼、土壤介质刚度和阻尼、后坐质量偏心和耳轴位置偏心对火炮射击稳定性的影响。通过引入改进的相对灵敏度分析公式，解决具有不同量纲的影响因素的比较问题，进而确定影响火炮射击稳定性的重要结构参数。针对目前优化技术存在的局限性，以火炮射击稳定性为目标，采用优化子空间的逐层优化方法对火炮射击稳定性进行研究，找到一组使火炮稳定性最优的结构参数，证明虚拟样机技术对火炮系统动态特性仿真的可行性和优越性。最后，展望了虚拟样机技术在武器装备领域应用的前景。     

Characterizations of gun barrel vibrations of during firing based on shock response analysis and short-time Fourier transform

The behavior of shock vibration for a medium caliber gun barrel was experimentally investigated and then, numerical modal analysis, a signal processing technique as well shock response analysis were carried out en route to the detailed analyses. This approach was initiated by identifying mode frequencies from the numerical model and thus the frequencies were clarified using the periodogram together with the spectrogram based on the time frequency analysis. A shock response analysis was employed to draw more physical interpretations regarding the barrel behaviors due to firing shock. In this paper, therefore, the overall process of shock vibration analysis was demonstrated for analyzing the shock behavior of the gun barrel.     

弹性胶泥冲击加载缓冲器设计

在进行火炮后坐运动动态模拟实验时,为了使被试火炮产生与实弹射击相同的后坐动态响应,需要对冲击加载载荷进行控制。通常可在冲量发生器和后坐部分之间加装缓冲器,利用缓冲器的刚度特性,控制传递到后坐部分的载荷,以实现与火药燃气形成的炮膛合力相同的变化规律。根据火炮后坐动态模拟实验的需求,应用新型弹性胶泥材料,设计了用于冲击载荷控制的加载缓冲器。利用被试火炮后坐运动的数学模型,在MATLAB/Simulink中建立了后坐动态模拟试验的仿真模型,对后坐运动及缓冲器参数进行了仿真计算。仿真结果表明,弹性胶泥缓冲器可以较好地实现火炮发射的炮膛合力,满足火炮后坐动态模拟实验的要求。     

某超高射速武器身管设计方法

超高射速武器是一种新概念武器,其显著特点是射速高。身管是其关键部件,直接制约着武器效能的发挥。为了设计合理可用的身管,首先使用matlab软件进行数值模拟,得出了在给定条件下身管的受力情况。再对各种强度理论进行分析,在此基础上,采用平均压力法来设计身管。给出了某超高射速武器身管结构尺寸的设计结果。该技术研究可为超高射速武器结构设计提供一定理论参考。     

考虑回转间隙的某型火炮动力学仿真

针对火炮回转轴承存在游隙、回转齿圈与方向机齿轮啮合存在齿侧间隙的实际,基于虚拟样机技术,研究了考虑轴承游隙和齿侧间隙的方向机力建模方案。给出了回转轴承径向支撑刚度和齿轮啮合刚度计算方法,啮合刚度的计算考虑了齿轮模数、齿宽、重合度等结构参量的影响。最后建立考虑回转间隙的某型火炮的发射动力学模型并进行了仿真,仿真结果为:轴承游隙和齿侧间隙均对炮口的横向运动产生影响,但齿侧间隙的影响比轴承游隙的影响更显著,在考虑两个间隙共同作用时,齿侧间隙是引起炮口横向运动的主要因素,且其幅值变化在前期随间隙的增大而增大,而在后期存在较强的非线性。     

一种气体炮的建模与分析

应用气体动力学理论及配合间隙的影响建立了气体炮模型,采用MATLAB语言对其进行数字仿真分析,得出气体炮不同初始容腔的体积与压强对炮弹的速度-位移的影响曲线,便于设计气体炮选择合适的储气罐容积、压强以及身管长度等.     

Development of three-dimensional numerical model for combustion-flow in interior ballistics

Interior ballistics analysis is required for the development of the gun system. Interior ballistics is a complex phenomenon containing the propellant combustion and gas flow and is completed in tens of milliseconds during gun firing. Thus, some data cannot be directly measured by experiment. Numerical analysis is therefore traditionally used to understand the complex gun firing phenomena. In previous studies, the two-dimensional axisymmetric numerical method for interior ballistics using the Eulerian-Lagrangian approach has been developed. There are some limits in depicting the actual phenomena with two-dimensional models. Therefore, a three-dimensional numerical model has been built in the present study. Unlike the conventional method, the calculation has been conducted by separating the physical phenomena into the combustion part and the flow part for simplicity and efficiency. The internal flow in the gun barrel has been calculated by using the STAR-CCM+ and the source terms produced by the propellant combustion has been computed by utilizing the existing code. The developed numerical model has been compared with the AGARD gun results and the simulation of 40 mm gun firings. The reliability of the developed model has been confirmed because the results of the numerical analysis greatly agree with the simulation results. The basis of the three-dimensional analysis of the interior ballistics has been formed through this study.     

基于AWE对星形截面身管的强度分析

针对防空武器的发展,设计星形身管并对其进行强度校核。考虑到发射过程中身管内壁压力的变化特点,对传统身管和星形身管进行了有限元分析。由于身管可以简化为二维轴对称结构,故将身管内表面分段,分别施加膛压,分析身管强度。