振动式精密排种器排种速度仿真与分析

根据水稻工厂化育秧精密播种的需要,提出了一种振动式精密排种器的设计研究,它具有播种精度高、播种性能稳定等特点,但是其结构较复杂,尤其是气动振动系统,影响其排种性能的因素比较多,依靠传统经验设计和试验分析等方法均存在不足.为快速、准确地获得设计参数,本文在三维实体建模基础上,应用Adams软件建立了排种器仿真模型,同时对排种速度进行运动学仿真和分析.仿真结果表明,在不同输入气体压强下,单粒种子在振动盘上的排种速度仿真结果与试验测试结果基本一致,证实所建立的排种器仿真模型是实用的,研究成果将为排种器的虚拟样机及参数优化设计奠定了基础.     

基于DEM-CFD耦合的气吸式排种器仿真研究

为提高大白菜等小粒径精密播种机的机械化水平,设计了一种小粒径气吸式排种器.首先利用JPS-12排种器性能检测试验台对排种器进行测试,得到不同参数组合下的性能指标与最优参数组合.然后使用计算流体力学方法（CFD）,借助FLUENT软件分析了吸种器内部流场的分布,得到了吸种器内部压力分布云图和吸种孔截面云图.最后基于离散元法（DEM）建立大白菜种子颗粒模型,对排种器仿真模型进行简化和网格划分,完成了小粒径气吸式排种器DEM-CFD耦合仿真实验.对比台架与仿真试验结果,得出如下的结论：当排种盘转速为20 r/min,真空度为2.2 kPa时,排种性能最佳.     

铲式玉米播种机清种过程的离散元仿真分析

排种器的清种过程决定铲式玉米精密播种机的排种质量,为研究铲式玉米精密播种机排种器的清种过程,建立铲式玉米精密播种机排种器的离散元法分析模型和持种空间与分种勺结构关系式。利用EDEM软件仿真分析排种器在不同转速和垂直倾角情况下对排种器清种角和重播率的影响。得到排种器工作转速和垂直倾角配合的最佳参数,并将仿真结果与试验结果进行比较,两者的数值与变化趋势基本一致,由此证明了应用EDEM分析排种器的正确性和可行性。     

2种新型耗能器的特性分析及比较

为对比分析2种适用于网壳的弧形钢棒金属耗能器的特性,对2种耗能器进行了低周往复荷载试验,并利用有限元软件建立模型,在比较实验结果与有限元计算结果的基础上分析了耗能器相关参数对耗能器性能的影响,在基于大量的仿真计算数据基础上确立了2款耗能器的恢复力模型,并研究其刚度退化规律;同时将耗能器布置于网壳中,分析了2者对网壳稳定性的影响。试验及分析表明:弧形钢棒直径对耗能器特性影响较大,双层弧形钢棒的耗能总体表现优于单层的耗能器。     

非球形DEM数值模拟在条播机械中的应用

大自然中的绝大多数颗粒均为非球形颗粒.文中以小麦种子颗粒这种典型的非球形颗粒为研究对象,采用二维DEM数值模拟技术研究种子颗粒在最常见的条播机械外槽轮排种器工作过程中的运动情况.由外槽轮排种器的AutoCAD图建立了该排种器的二维离散元法分析模型,采取了同时生成三种椭圆形颗粒仿真模型的方式,利用课题组自主开发的DEM仿真分析软件,从宏观和微观两个方面对种子颗粒流进行深入的研究分析.同时,在试验台上进行台架试验,通过实验结果与数值模拟结果的对比,初步验证了建立的椭圆形颗粒模型、条播机械边界模型的可行性和有效性,为数值模拟技术在条播机械研究和优化中的应用探索了一种新方法.     

基于有限元法的机械连接静力分析的研究

在复合材料结构设计中,连接问题比较复杂,连接强度与铺叠方式、载荷方向等因素密切相关,对于多排钉孔传力时的钉载荷分配更难以预测。笔者利用MSC．NASTRAN有限元分析软件,选取几种典型连接范例,计算了这几种连接形式下的钉载分配并给出了这几种连接下的钉载分配曲线,结果与工程算法结果相吻合。将此种连接仿真方式应用于空间遥感器连接部件的有限元模型计算中,分析结果与实验分析结果在规定误差内。     

基于ABAQUS的汽车方向盘模态仿真与试验分析

针对某款汽车方向盘进行模态试验,得到第一阶固有振动频率小于厂家的要求值.根据模态试验状态使用有限元分析软件ABAQUS建立仿真模型,运用Standard隐式求解器进行求解.通过比较、分析两种结果验证仿真模型的建立是否准确,对方向盘结构做出更改和优化并进行有限元模态分析,模态满足企业要求.建模仿真过程极大提高了设计和开发的效率,降低了研发成本,提高了经济效益.     

椭圆形钢铅耗能器性能及振动台试验

针对工字型钢铅组合耗能器直角区域容易应力集中、过早屈服断裂退出工作的问题,提出一种由钢和铅两种材料组成的椭圆形钢铅耗能器,这种耗能器加工简便且水平两个方向都具有良好耗能性能.首先,对椭圆形钢铅耗能器中钢板的平面应力进行分析.其次,对椭圆形钢铅耗能器进行力学性能试验;利用有限元分析软件ANSYS建立椭圆形钢铅耗能器的非线性计算模型进行数值分析并与性能试验结果进行对比.最后,对一个安装和不安装椭圆形钢铅耗能器的六层钢框架结构模型进行振动台对比试验.研究结果表明:数值分析结果与性能试验结果吻合良好,本文建立椭圆形钢铅耗能器数值计算模型的方法正确;椭圆形钢铅耗能器滞回曲线饱满,具有良好耗能能力;椭圆形钢铅耗能器对多层结构的地震反应具有较好减震效果.     

新型钢管耗能器的参数分析及实际应用研究

钢管耗能器是将钢管与弧形钢棒组合而研制出的一种新型耗能器,其制作简单,经济性能好,在网架、网壳等大跨结构中具有良好的应用前景。在分析该耗能器基本构造的基础上,借助有限元分析软件ANSYS,考虑材料本构模型的非线性,建立了该耗能器的非线性有限元计算模型,对各参数变化对耗能器性能的影响进行了数值模拟,在此基础上对安装了该耗能器的某球面网壳进行地震反应分析。研究结果表明:该耗能器具有良好抗震性能,对网壳等大跨结构抗震性能的增强效果显著。 更多还原     

基于均匀设计的精密排种器结构优化方法

采用均匀设计方法进行了气吹式精密排种器常压下播种大豆试验,考察了排种器结构参数(充种角、清种角)与性能参数之间的关系,建立了粒距合格率、种子充填率与排种器结构参数之间的数学模型,获得了回归方程和最优结构参数。常压下播种大豆时,充种角和清种角最优化值分别为46.35°和55.05°,对气吹排种器设计具有指导意义。     

振动式排种器上稻种有序排列运动分析

针对超级稻机械化育秧时每取秧面积上播1、2颗稻种的要求,研制了振动式稻种胚胎有序排列排种器.分析了稻种在振动板上的运动过程,在导向板段稻种进行有序排列,再在V型槽中形成均匀的种子流.根据稻种表面定向生长茸毛的特性,从理论上分析了稻种在运动过程中胚胎方向沿导向板转向一致的机理,并且经过高速录像验证.对稻种在振动板导向板段、V型槽中的运动进行动力学分析,分别建立了稻种在这两个阶段的运动特征值和运动速度的计算模型.试验结果表明,所设计的排种器能够使85％以上的稻种胚胎方向转向一致,播种速度能够与播种流水线的速度匹配.     

精播排种器及排种理论研究进展

精密播种是中耕作物播种机发展的主要趋势，其关键部件──排种器的研究现已取得较大进展。本文全面分析了精播排种器的技术性能现状以及提高充种频率的技术措施，并综述分析了排种器试验研究技术及排种理论研究的进展和存在的问题。     

基于有限元分析的超声椭圆振动切削装置设计

超声椭圆振动切削技术(Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting, UEVC)是近年来发展起来的一种超精密加工技术,其加工装置的结构设计是当前研究的难点之一。本文通过分析现有的超声椭圆振动切削装置,设计了一种基于圆弧型柔性铰链结构的超声椭圆振动装置,利用有限元分析工具对该装置进行模态分析,找出了影响其谐振频率的关键结构参数并用全局优化模块优化参数,使装置的某一阶纵振和弯振模态的谐振频率一致,同时对该装置进行了多场耦合分析以预测不同相位下的刀尖运动轨迹。仿真分析表明,后盖板长度的变化会引起纵振和弯振模态谐振频率的显著改变,而底座厚度的变化对纵振和弯振模态的谐振频率几乎都没有影响,顶端长度的变化仅对弯振模态的谐振频率有一定程度的影响。基于上述仿真分析及优化,制造出UEVC装置的样机并测量其谐振频率和振动特性,测量结果显示该装置的谐振频率测量值与仿真结果吻合较好,所开发的装置能在谐振状态下输出椭圆轨迹,同时可通过调节施加电压的幅值和相位来使刀尖输出不同的椭圆轨迹,能用于脆性材料微结构曲面的加工。此外,对该超声椭圆振动切削装置施加频率与装置谐振频率一致的交流电时,其纵振和弯振的振幅将随电压幅值的增加而线性增大,其中弯振振幅对电压幅值的变化更为敏感。     

装载机工作装置动态载荷测试方法与试验研究

为获得装载机铲装作业过程中工作装置各铰接点处的动态载荷时间历程,基于达朗贝尔原理建立了动平衡状态下工作装置的受力模型,提出一种考虑构件重力和惯性力的动态载荷测试方法.构建铰点力、油缸压力、油缸位移和动臂应变等多参数同步采集系统,进行散状物料铲装试验,获得了求解受力模型的基础数据.建立动臂有限元仿真分析模型,对比分析测点应力实测值和仿真值.结果表明:提出的测试方法获得的结构应力值能够准确地反映工作装置在铲掘作业过程中的应力分布规律,仿真值与实测值的变化趋势一致,验证了数学模型和测试方法的合理性.     

水电站水力机组系统振动研究

将水轮发电机组系统的振动问题分解为轴向振动、径向弯曲振动及切向扭转振动进行研究．机组的轴向振动分解成转子与转轮组成的弹簧系统的轴向振动和机组主轴的轴向振动两个系统来考虑，机组的主轴径向弯曲振动分解成两端铰支，中部加集中转子质量、两端铰支，中间为均匀主轴、一端铰支，另一端加集中的转轮质量等3个系统来考虑，机组的切向扭转振动分解成转子与转轮组成的两圆盘扭转振动和机组主轴组成轴系统的扭转振动两个系统来考虑．经过简化后，用数学方法分别推导出各系统的振动方程并解出振动方程解．     

Low frequency wide bandwidth MEMS energy harvester based on spiral-shaped PVDF cantilever

In this paper,a piezoelectric energy harvester based on spiral-shaped polyvinylidene fluoride(PVDF)cantilever is designed and fabricated for harvesting low frequency vibration energy in the environment.In this design,the spiral-shaped PVDF cantilever is major for lowering the resonant frequency by increasing the length of the cantilever;Copper and silicon proof masses on both sides are working on further decreasing the resonant frequency and widen its bandwidth.Due to the high flexibility of the PVDF cantilever,this device is extremely sensitive to vibration and can harvest weak vibration energy.Both simulation and experimental results have approved that this device can operate at very low frequency which is about 20 Hz and can effectively harvest energy from 15–50 Hz.The peak of the output voltage can reach 1.8 V with the acceleration of 0.2 g.This is a promising harvester for powering the wireless sensors in the future.     

Analysis of the Micro-Rotation Compliant Mechanism Based on the Corner-Filleted Flexure Hinges

基于直梁圆角型柔性铰链的小转角柔顺机构

鄢永耀^1,2,刘伟¹ ,颜昌翔¹ ,付锦江^1,2

（1.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 130033;

2.中国科学院大学,北京 100049）

创新点说明：

1）通过对称变换和坐标平移的方法较为简单方便的推导出了直梁圆角型柔性铰链的柔度公式;

2）设计了一种由8个直梁圆角型柔性铰链组成的适用于某快速微调装置中的小转角柔顺机构

研究目的：

根据研究的直梁圆角型柔性铰链柔度公式及小转角柔顺机构力学特性,对某快速微调机构的旋转部分进行结构设计及优化。

研究方法：

1）对称变换及坐标变换的方法（理论计算）;

2）三维建模和有限元分析;

3）建立优化模型及运用matlab软件的fmincon优化指令。

结果：

1）推导了直梁圆角型柔性铰链的柔度公式;

2）设计了小转角柔顺机构,并推导出了工作力矩/刚度的理论公式;

3）根据某快速微调机构的技术要求,进行了结构设计及优化。

结论：

1）本文通过采用对称变换及坐标变换的方法,相比于传统的微积分直接计算更加简单方便的推导出了倒圆角柔性铰链的柔度公式,经验证,理论推导的结果与有限元结果比较大体一致,误差不超过8%。

2）结合此倒圆角柔性铰链的柔度公式,研究出一种一维旋转机构——小转角柔性机构,并推导出工作力矩/刚度的理论公式,分析了结构参数对工作刚度的影响,通过有限元分析及测试实验验证了柔性机构的力矩理论公式准确可靠。

3）根据某空间项目的技术要求,设计了相应的小转角柔性机构,并通过优化模型对此柔性机构进行了尺寸优化使得其满足约束条件的同时工作力矩尽量小。

关键词：柔性铰链,直梁圆角,柔顺机构,刚度,优化,理论模型

     

基于形状记忆聚合物的智能簧片结构的有限元分析

为了研究基于形状记忆聚合物(shape memory polymer,SMP)新型簧片的形状记忆行为以及金属材料对SMP簧片的增强效应,首先,基于三维SMP应力-应变-温度关系,编写了可供ABAQUS调用的用户材料子程序(user-defined material mechanical behavior,UMAT),开发出可用于三维复杂应力状态下SMP结构的有限元计算方法.然后,利用该方法对SMP簧片结构正向和反向弯曲变形的形状记忆行为(高温加载、降温固形、低温卸载和升温恢复)进行了仿真.最后,模拟和分析金属材料增强的SMP复合簧片结构的折叠过程.结果表明:SMP簧片在正向和反向折叠变形后,通过温度的控制能够自动展开,因此,能够有效解决传统簧片结构中的驱动复杂和过冲震动的问题;金属增强的SMP复合簧片的失稳弯矩和平稳弯矩被明显提高,金属增强效果从强到弱的顺序依次是:合金钢、铸钢、灰铸铁和硬铝合金.     

Effects of automatic variable preload device on performance of spindle

To increase the machine accuracy by improving the stiffness of bearings, a preload was applied to bearings. A variable preload technology was necessary to perform machining processes in both low and high speed regions. An automatic variable preload device was fabricated using an eccentric mass. By installing the fabricated device on a spindle, the effect of the automatic variable preload device on the performance of the spindle was analyzed. In the results of the vibration measurement of the spindle, the vibration is increased by 20%–37% according to measurement points at the maximum rotation speed of 5 000 r/min. And, in the results of the noise measurement of the spindle, the spindle rotation speed is increased by about 1.9% and 1.5% at the front and side of the spindle, respectively. Based on the results of this analysis, an improved method that reduces such effects on the performance of the spindle is proposed.