悬臂梁双压电晶片振子发电性能研究

以双压电晶片振子为研究对象,对悬臂梁式双压电晶片振子在正压电效应下电压输出特性进行了有限元分析与试验研究,给出了压电晶片在悬臂梁上的最佳粘贴位置,并且利用有限元分析软件建立了悬臂梁双压电晶片振子的有限元模型,进行了结构尺寸参数对悬臂梁双压电晶片振子输出电压影响规律的仿真分析;利用压电陶瓷发电能力测试系统进行了试验测试,通过仿真和试验结果对比分析,得出了结构尺寸参数对悬臂梁双压电晶片振子发电的输出电压影响规律。     

轴承刚度对光测设备跟踪架谐振频率影响

跟踪架是影响光测设备性能的关键部件，轴承又是跟踪架的关键零件，轴承刚度直接影响光测设备的动力学特性。以400 mm口径光测设备跟踪架为研究对象，基于光测设备跟踪架的模态试验结果，采用弹性薄层单元等效轴承刚度，利用Monte Carlo法对弹性薄层单元进行参数修正，建立了准确的有限元模型，有限元分析结果表明：光测设备跟踪架有限元分析结果与试验结果最大误差为8.5%;通过对等效轴承刚度的弹性薄层单元刚度进行参数化分析，研究了轴承刚度对光测设备跟踪架结构谐振频率的影响，为后续工程应用提供了依据。     

基于模态参数灵敏度分析的结构损伤识别研究

结构损伤通常以结构中刚度损失为特征。结构的损伤会引起结构参数的改变,结构参数变化会导致结构模态参数(固有频率、振型)的变化,因此寻求结构损伤与结构模态参数之间的关系十分重要。文中根据结构振动特征方程,推导了结构模态参数对结构参数改变的灵敏度表达式,建立了结构模态参数对以单元刚度为特征的结构损伤识别关系式,识别结构损伤的位置和损伤程度。文中制作了无损伤、有损伤3根悬臂梁钢板试件,测取试件结构固有频率与振型,根据无损伤试件结构图,建立了有限元模型,计算其结构固有频率与振型。将无损伤试件测得的模态参数作为有限元模型修正依据,并用两种损伤条件下测得的数据修正无损伤的有限元模型,将单元刚度作为修正参数,应用灵敏度方法来识别悬臂梁钢板试件损伤的位置和程度,其结果与实际基本一致,证明了方法的有效性。     

基于Abaqus的有限元薄壁结构静强度分析方法研究

首先对利用有限元进行结构强度计算的作业流程进行介绍,然后针对薄壁结构在进行有限元静强度计算时采用的不同网格类型和网格尺寸对计算结果准确性的影响进行研究:对同一薄壁结构分别按"六面体单元、四面体单元和壳单元"的形式进行网格划分,分析不同网格类型对计算结果的准确性影响大小;同时,对薄壁结构按同一种网格类型,分别设置不同网格尺寸,分析网格尺寸的大小对计算结果的准确性影响大小。研究结果可为工程实践中薄壁结构的强度计算提供指导。     

弹簧蓄能密封圈中蓄能弹簧的有限元计算及等效建模研究

弹簧蓄能密封圈是一种性能优良的密封装置,其中的蓄能弹簧可以为密封圈提供初始密封压力,起到辅助密封的作用。但目前对弹簧蓄能密封圈的研究多是在有限元软件中建立二维轴对称模型进行仿真实验,对蓄能弹簧的力学特性和建模计算方法的认识尚有不足。为实现不同结构的弹簧蓄能密封圈的参数化仿真设计,推导环形蓄能弹簧的空间曲线参数方程,建立双层螺旋蓄能弹簧的三维有限元模型,并仿真分析其力学特性。定义蓄能弹簧的内侧刚度和外侧刚度,研究弹簧不同结构参数对其刚度的影响。结果表明,弹簧的厚度和弹簧截面外径对刚度的影响较大,而弹簧中径和匝数对刚度影响可忽略不计。提出轴对称等效模型的建立原则,建立轴对称等效模型的经验公式,为弹簧蓄能密封圈的参数化仿真设计提供了参考。     

带式输送机头部支架的结构优化设计研究

采用有限元法,建立了带式输送机头部支架的有限元力学模型,利用10节点四面体单元进行网格划分,并进行了受力分析,完成了头部支架有限元结构分析。利用ANSYS软件的APDL参数化语言,建立了头部支架的结构优化设计数学模型,创建了优化控制文件程序(ODPST),完成了头部支架的结构优化设计,取得了合理和满意的设计结果。     

椭圆直梁复合型柔性铰链的刚度分析

提出了一种新型椭圆直梁复合型柔性铰链,以小变形悬臂梁和微积分的相关知识为基础,推导了其弯曲刚度和拉伸/压缩刚度计算公式。采用变截面梁单元建立该型柔性铰链的有限元模型,在一端固定、另一端承受力矩或力的边界条件下,计算分析该型柔性铰链的刚度;将有限元解与所推导出的解析解进行比较,以验证所推导刚度公式的正确性。分析椭圆直梁复合型柔性铰链的结构参数对其刚度性能的影响,并与倒圆角直梁型柔性铰链进行比较,结果表明椭圆直梁复合型柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均优于倒圆角直梁型柔性铰链。     

基于Workbench的砼搅拌车罐体有限元分析

通过UG参数化建模建立混凝土搅拌车罐体的几何模型,然后将模型导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中,简化后的模型壳单元与实体单元并存,接触设置采用MPC法,对其在不同工况下进行有限元分析,得到相应的应力-应变分析结果。通过对罐体强度和刚度的分析,为罐体进一步的设计优化提供理论依据。     

板带轧制过程的整机动态仿真方法探索与研究

为深入了解轧机在轧制过程中的动态特性,探索整机弹性体单元轧制过程的有限元仿真方法,采用有限元软件Hypermesh和Ls-dyna对90mm铅带轧机进行轧制过程的动态仿真分析。详细介绍了有限元模型的建立,材料参数、边界条件及载荷的定义。通过对比四种方式下轧制过程仿真结果,验证了整机弹性体单元方法的可行性。结果发现:采用整机弹性体单元方法仿真得到的轧制力比传统方式得到的轧制力小;影响轧件厚度的主要因素是轧辊的弹性变形和机架(含轴承座)弹性变形;通过整机弹性体单元方法不仅能更准确得到机座刚度系数,而且能校核轧机的机械结构在轧制过程中的强度。     

基于边光滑有限元的声固耦合研究

在声固耦合的计算分析中,一般采用耦合的有限元或者耦合的有限元与边界元等数值方法来进行模拟。由于有限元系统偏硬,因而在使用有限元进行声学及声固耦合问题的模拟中,都会产生比较大的数值误差。为了降低声固耦合系统的刚度,降低有限元的计算误差,通过采用耦合的边光滑有限元法来对三维的声固耦合问题进行模拟。由于三角形网格和四面体对于任何复杂几何模型的离散适应性很强,因此在结构域中,将采用三角形来离散系统,而在声学域中,采用四面体来离散,并对结构域中三角形板单元以及流体域中的四面体单元都进行基于单元边的梯度光滑操作。通过数值算例的研究结果表明,光滑梯度操作能够适当降低有限元系统的刚度,使离散系统刚度更加接近连续系统的刚度,数值解更加接近真实解,从而为本方法的进一步应用打下基础。     

考虑安装误差的斜齿轮啮合刚度计算与分析

斜齿轮啮合刚度的分析计算是进行齿轮动力学研究的基础。根据齿轮啮合原理及坐标变换理论利用数值分析方法建立了含有安装误差的斜齿轮啮合有限元模型,提出了考虑安装误差时斜齿轮啮合刚度的有限元计算方法。将安装误差参数化,利用有限元软件仿真分析不同安装误差下斜齿轮啮合刚度的变化,用准静态过程模拟动态行为的方式,得到时变啮合刚度,分析了不同安装误差下时变啮合刚度波动的变化规律。分析结果表明,安装误差会降低啮合刚度,尤其是角度偏差影响更为严重,同时角度偏差对啮合刚度的影响具有一定规律的耦合作用。不同安装误差对啮合刚度的影响具有不同的规律,且轻载条件下的影响较重载明显。     

基于梁单元的车身结构性能快速评估系统的开发

采用模板的方法构建了参数化的白车身概念设计线框模型,基于梁单元建立了柔性的车身结构有限元分析模型;建立了基于真实截面形状的参数化车身梁截面库,可直接计算截面的特性参数;实现了单元接头实现了对接头参数化精细模拟,提高了车身结构有限元模型的仿真分析精度;最后以实例的形式给出了该模型和详细车身结构模型的结构仿真分析的结果对比,结果表明采用梁单元模型构建车身结构符合车身设计初期的精度要求,并具有结构简单、计算速度快、易实现参数化等优点,适合在车身设计概念阶段快速评估车身的结构性能。     

双晶悬臂梁压电发电装置发电能力的仿真

针对双晶片悬臂梁式压电振子的理论模型,分析了压电振子的结构参数对压电发电装置发电能力的影响。运用ANSYS有限元软件建立了压电振子的压电耦合模型,研究了压电振子的配重质量、悬臂梁长度和金属基板厚度等结构参数对压电振子的固有频率以及压电发电装置发电量的影响规律。为了验证有限元模型的正确性,对典型结构参数压电悬臂梁的一阶固有频率和发电电压进行了实验测量。仿真结果表明,增加悬臂梁的配置质量和长度、减小悬臂梁基板的厚度都可以降低结构的固有频率,选择恰当的结构参数匹配可以使发电装置的固有频率接近外界的激振频率,从而实现最佳的发电性能。     

带锯机架整体的筋板结构设计与优化

为减小木工带锯机床整体振动,提高加工精度,降低整体质量,对筋板结构建立系统振动数学模型,根据运动微分方程对筋板结构单元进行动态性能和载荷分析,得出最适合该机床的筋板结构类型,并采用三维建模软件对机床机架进行参数化建模。根据实际工况,采用ANSYS对机架整体进行有限元静力学分析。基于静力学仿真结果,采用拓扑优化方法对机架进行轻量化设计,并对机架尺寸提出修改和优化方案。研究结果表明,井字形筋板结构和T字形筋板结构为该机架的最优筋板结构单元,且满足刚度和强度要求;通过轻量化设计使机床整体质量下降16.9%,实现轻量化目标。     

机床导轨结合部的有限元模型

基于结合面特性参数，提出了机床导轨结合部特性仿真分析的有限元方法，通过该方法可以建立机床整机性能分析的有限元模型。给出了导轨结合部上反映界面连接特性的六结点接触单元的刚度矩阵，并将其与通过实验获得的结合面特性参数联系起来，通过实例建立了机床整机分析模型。整机刚度的实验结果与计算结果的比较，证实了该方法的有效性。     

压电悬臂梁负载阻抗匹配分析及其在隔膜泵驱动中的应用

利用悬臂梁结构的不同位置作为对外激励源时，为了使负载获得更多的能量，使悬臂梁的能量输出达到最优，同时隔膜泵的流量输出达到最大，实现隔膜刚度最佳匹配的目的，提出了一种压电驱动悬臂梁结构的负载阻抗匹配概念，研究了隔膜泵的性能与悬臂梁结构对外输出刚度之间的关系。首先，选取悬臂梁结构的根部、中部和端部3个特征位置，利用有限元仿真软件，对悬臂梁-弹簧-质量块模型的能量输出进行了阻抗匹配分析；其次，选取隔膜容积泵作为驱动负载，根据其结构及工作原理，建立了压电悬臂梁驱动隔膜容积泵的简化动力学模型，分析了隔膜泵的性能与悬臂梁驱动结构参数之间的关系；最后，搭建了压电悬臂梁驱动隔膜泵的刚度匹配实验平台，对不同圆盘直径下，悬臂梁不同特征位置处的隔膜泵输出流量进行了测试。研究结果表明：在悬臂梁根部、中部以及端部位置处，隔膜泵输出流量最大时的活塞圆盘直径分别为20 mm、18 mm以及16 mm,随着悬臂梁不同位置对外输出刚度的减小，隔膜匹配的最佳刚度应随之减小；若悬臂梁结构与负载参数一定时，对应的最佳负载匹配刚度逐渐增大。     

基于ABAQUS分析圆柱螺旋弹簧几何参数对弹簧刚度的影响

在工程中弹簧刚度多采用近似法给出,一般不考虑旋绕比和螺旋升角的影响。文章运用有限元分析软件ABAQUS,建立圆柱螺旋弹簧的有限元模型,计算旋绕比、螺旋升角等参数对弹簧刚度的影响,将分析结果与已有的弹簧刚度公式进行了对比。另外,分析了拉伸载荷下截面剪切应力的分布情况。结果表明,常用弹簧刚度的计算公式更为通用,有限元计算与公式计算结果吻合,仿真过程及结果在弹簧的选用及设计中具有参考意义。     

CAD/CAE集成仿真的振动输送机轴承座有限元分析

建立了振动输送机轴承座CAD/CAE集成仿真技术路线,运用Pro/E软件建立了振动输送机轴承座的参数化数字模型,导入ANSYS Workbench软件中进行有限元分析。仿真结果表明,振动输送机轴承座的结构设计合理,满足强度要求,动刚度分布较为均匀。通过将仿真结果进行分析,提出进一步改善振动输送机轴承座结构和提高刚度的工艺措施。     

基于球轴承刚度计算的电主轴结构分析与优化

电主轴的结构,动态特性对数控机床的加工效率和精度的影响很大。对角接触球轴承电主轴单元进行了静刚度分析,在有限元软件ANSYS中建立了电主轴球轴承-转子系统的参数化有限元模型,并以提高电主轴的静刚度为优化目标,对电主轴的支承跨距和电机的安装位置进行了优化分析及计算,并对优化前后的电主轴系统进行了模态分析,对比其前三阶频率及振型的变化,得出了相关结论。     

基于HAM和分步优化法的电动车车身轻量化

针对某款电动车在概念设计阶段车身轻量化系数偏高问题,首先建立车身梁单元参数化模型,运用基于混合近似模型的自适应全局优化(HAM)方法结合分步优化策略,以车身质量最小为目标,对截面尺寸规格进行优化来提高车身扭转刚度。对优化后的有限元模型进行仿真分析,结果表明,优化后车身轻量化系数明显降低。