基于MSC Marc的空气弹簧垂向特性有限元分析

介绍不同类型的空气弹簧结构型式,利用有限元软件MSC Marc 建立空气弹簧的有限元模型,并对其进行垂向特性的分析和计算. 最后得出空气弹簧垂向刚度非线性特性的确切描述,并分析传统的弹簧与空气弹簧自振频率随载荷变化的特性.     

受轴向激励弹性支承梁的稳定性分析

对于广泛存在的弹性支撑梁,首次呈现支承弹簧刚度对轴向激励下梁横向振动稳定性的影响.应用Hamilton原理,建立了两端由线性弹簧支撑的受轴向激励梁的动力学控制方程.通过解析方法计算了受轴向压力梁的固有频率,得到了支撑弹簧刚度与系统固有频率和临界轴力的关系.Galerkin截断后,通过多尺度法和Runge-Kutta法,计算得到了梁参激振动稳态响应的半解析与数值解.讨论了激励幅值、支撑弹簧刚度、平均轴力对系统非线性响应幅值及软硬特性的影响.利用Routh-Hurwitz稳定性判据,求得系统的参激稳定边界,着重讨论了支撑弹簧刚度、阻尼系数的影响.研究发现,边界支撑弹簧的刚度可以显著改变受轴向激励梁的参激稳定边界.因此,研究结果将为广泛存在受到轴向激励结构的设计提供指导.     

一种基于电磁—空气弹簧的非线性隔振器理论与实验研究

本文提出一种主要由空气弹簧和永磁体所组成的具有准零刚度特性的非线性隔振器.首先,通过分析空气弹簧和磁体的受力特性,建立隔振器力-位移关系和刚度-位移关系,揭示隔振器静态力学特性,并分析隔振器参数对系统刚度的影响规律.然后,采用谐波平衡法计算隔振器力传递率特性.结果表明,通过在适当范围内调节系统阻尼比或激励幅值,所提出的非线性隔振器在隔振频率范围内优于普通空气弹簧隔振器.最后,通过实验验证隔振器的隔振性能.该研究可为小振幅甚至微振动系统的振动隔离提供新的参考.     

立方非线性二元机翼突风响应仿真研究

研究突风响应气动弹性问题,由于飞行器高速飞行,动力系统响应直接影响系统的性能,而系统结构上的非线性增加了突风响应问题的复杂程度。为分析性能,提出以经典的二元机翼为对象,通过建立三自由度二元机翼在突风下的增广状态空间运动方程,针对立方非线性刚度弹簧系统,研究各自由度采用立方结构非线性系统响应。仿真结果表明系统采用线性刚度突风只影响系统响应振幅,沉浮弹簧采用立方非线性刚度系统后系统颤振速度变小,俯仰方向和操纵面扭转弹簧采用非线性刚度后系统颤振速度增大,结果可为研究三维机翼非线性颤振提供一定的研究基础。     

基于活塞形状改变的空气弹簧特性仿真研究

研究汽车装用空气弹簧刚度优化问题,活塞形状对膜式空气弹簧刚度特性的影响较大。为了提高整车的平顺性能,建立空气弹簧简化模型,得到圆台和倒圆台活塞形状下空气弹簧的有效承载半径影响因素。利用ABAQUS软件建立安装圆柱、圆台和倒圆台活塞的空气弹簧有限元模型进行,研究了不同圆台角下圆台活塞空气弹簧的刚度特性。仿真结果表明,在一定范围内,圆台角度越大,空气弹簧刚度也越大,证明与理论分析吻合,并对空气弹簧的设计和匹配具有一定的指导意义。     

仿猫类落地姿态的准零刚度隔振器

对设备加装隔振装置是保证其高效工作的重要方法之一.本文从仿生学的角度,根据猫科动物落地时优秀的抗冲击能力,通过观察其落地动作姿态,利用非线性补偿原理,以空气弹簧作为正刚度结构,设计出一种具有非对称刚度特性的高静低动刚度隔振器.以其为研究对象,建立了动力学模型,利用特定的方法对非对称刚度系统进行分析求解,并与数值结果和有限元仿真结果进行对比.结果表明,在较低阻尼以及较高激励幅值下,还会出现倍周期响应甚至混沌响应.同时,通过将本文设计的隔振结构和单一空气弹簧的隔振性能对比,可以得到隔振效果明显优于单一空气弹簧的结论,从而验证了所设计隔振结构的有效性和可行性.     

计入空气阻尼的MEMS微谐振器非线性动力学研究

针对横向振动MEMS微谐振器,计入非线性空气阻尼力,对微谐振器非线性动力学特性进行研究.建立微谐振器非线性动力学模型,计入滑移边界条件和稀薄气体效应,利用FLUENT和MATLAB对Navier-Stokes方程和动力学方程进行求解.经过与国外实验对比,可得出考虑非线性阻尼力的平板振幅值非常接近实验值,振幅峰-峰值误差仅为6%,且优于线性动力学的分析结果.为MEMS器件非线性动力学特性分析提供理论依据.     

应用于电磁驱动器的非线性平面微弹簧及其集成制造工艺研究

平面微弹簧是MEMS器件(如微驱动器、开关等)中一种常用的微结构。目前,平面非线性微弹簧的设计、制造与应用正日益成为关注的焦点。本文针对微机械电磁驱动器的需求,研制了一种变形量在100 μm左右,弹性变形力在5 mN附近的非线性变刚度微弹簧。研究包括通过仿真分析确定了弹簧的结构方案和影响因素,提出了配套的原位集成制造微加工工艺,并测试了所研制“V型”平面微弹簧的非线性特性,验证了所提出方案的可行性。为非线性弹簧的进一步设计和应用提供参考。     

汽车钢板弹簧非线性有限元分析

为在汽车动力学特性设计中准确计算汽车悬架的作用力,用HyperMesh建立钢板弹簧的有限元模型,并在钢板弹簧的接触面中添加接触单元模拟板间摩擦.利用Abaqus计算钢板弹簧刚度,考虑中心螺栓和U形螺栓的预紧力,分析不同摩擦因数对钢板弹簧迟滞特性的影响.计算结果表明该模型可用于分析考虑钢板之间摩擦作用时钢板弹簧的受力情况,探讨非线性有限元分析过程中钢板弹簧的刚度和迟滞特性.     

非线性油气悬架的平顺性仿真研究

该文针对某工程车辆油气悬架系统建立了单气室油气弹簧的非线性刚度模型，在传统的定刚度车辆两自由度振动模型中加入了非线性的因素，使计算机仿真更接近工程实际。在Maflab／Simulink的环境下，对油气弹簧的刚度非线性、D级随机路面输入以及在随机路面输入下的车辆平顺性进行了计算机仿真。最后将油气悬架平顺性仿真结果和线性二次型最优主动控制悬架以及钢板弹簧被动悬架进行了比较，证明了油气悬架在降低车身加速度、改善轮胎接地性等方面具有显著的优越性和工程应用价值。     

客车空气弹簧悬架边界条件模拟与试验验证

针对客车车架强度分析时空气弹簧悬架边界条件难以设置的问题,提出使用等效静态载荷法进行悬架模拟的思路。分析空气弹簧刚度的非线性和双横臂独立悬架的机构模型,建立整车多体动力学模型,计算多工况下车架与空气弹簧悬架连接位置处的受力,求解得到等效静态载荷并施加到有限元模型中,添加辅助约束完成边界条件设置;对车架进行多工况下的强度分析,比较不同工况下车架的应力分布和最大应力出现的位置。搭建试制样机的动态测试平台,对比仿真结果与试验结果,验证模拟方法的有效性。     

基于APDL的夹层玻璃面板非线性有限元分析

为使夹层玻璃面板的计算能够更符合实际受力特点,基于ANSYS的APDL,运用参数化建模、参数化施加载荷与求解以及参数化后处理显示的手段,考虑大位移非线性效应,实现夹层玻璃面板仿真分析．在有限元分析中,结合夹层玻璃面板常见的4边支撑形式,既考虑玻璃面板膜面应力对夹层玻璃承载力的非线性影响,又考虑目前《玻璃幕墙工程技术规范》（以下简称《规范》）中所没有考虑的中间层聚乙烯醇缩丁醛Polyvinyl Butyral（PVB）胶片对夹层玻璃承载力的影响,并与《规范》进行对比分析．在对大量不同规格夹层玻璃面板的有限元分析结果的基础上,对《规范》中关于夹层玻璃在静力载荷作用下的计算公式进行修正,给出修正因数,使其符合实际受力特点．该结果可为幕墙设计提供参考．     

基于LabVIEW的斜圈弹簧测试系统设计与研究

斜圈弹簧具有良好的力学性能,广泛应用于机械密封、电力连接等领域。由于其结构的特殊性,目前国内尚无高精度斜圈弹簧检测设备。在分析斜圈弹簧受力和变形特点基础上,提出了一种斜圈弹簧刚度测量原理及相关计算方法,采用模块化设计思想搭建了相应的测试装置。该装置以PCI-1220U运动控制卡和PCI-1716数据采集卡作为硬件核心,以Lab VIEW为软件开发平台,通过对系统误差的理论分析来保证测试装置的高精度,适用于不同型号和尺寸斜圈弹簧的刚度测量。通过对某典型型号斜圈弹簧测试结果与有限元仿真计算的对比分析,表明该测试装置达到了设计目的,能够满足不同型号斜圈弹簧的刚度测试要求。     

基于 h 型自适应有限元法在薄板冲压 成型中的应用

在对薄板冲压成型这一过程进行有限元仿真分析时,难以精确分析场变量发生剧烈变化的应力 集中及应变梯度大的区域,如何平衡精度和效率间的关系是冲压成型仿真的关键。因此,基于非线性有限元大 变形的相关理论,针对动态仿真的网格自适应关键技术,建立了自适应分析模式下的薄板冲压成型算法。为了 提高计算精度,提出基于单元应变能增量的能量误差准则以及基于板料成型几何特征的几何误差准则,并结合 2 类误差准则,建立了基于自适应分析算法的误差判断准则;为了提高计算效率,引入阻尼因子提出了阻尼子 循环算法,将自适应加密后的板料单元按时间步长划分为若干个区域,并按照不同时间步长分别求解。结果表 明,该算法有效提高了薄板冲压成型有限元仿真的精度与效率。     

地铁车辆橡胶轴箱定位器结构分析与优化

为缩短地铁车辆橡胶轴箱定位器的开发周期,设计合理的橡胶自由面形状,综合利用HyperMesh和Abaqus的非线性有限元分析功能完成自由面在整个受力过程中的变形情况模拟;对橡胶轴箱定位器进行三向刚度分析预测,根据有限元模拟情况完成橡胶自由面的优化设计.该方法为综合采用HyperMesh和Abaqus实现自由面模拟设计与优化提供设计实例.     

MEMS弹簧特性的有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS对镍质平面S型MEMS弹簧进行实体建模、静力学有限元计算分析,得到了各结构参数对刚度的影响规律,明确了其刚度特性。ANSYS仿真结果与镍质平面S型微弹簧的实际拉伸实验结果一致性很好,证明ANSYS软件对微弹簧力学性能的模拟较为准确。本文的分析方法对于其它类似的MEMS器件的分析有一定的借鉴意义,研究成果为平面微弹簧的优化设计与加工提供了依据,具有实际应用价值。     

某磁浮飞轮转子系统有限元分析

为更好地分析计算磁浮飞轮转子系统的动力学特性,对其进行有限元仿真.基于已有的磁浮轴承控制律,根据相关参数计算出转子系统平衡位置处的线性化位移刚度,建立弹性支撑的磁浮飞轮转子有限元模型,用ANSYS对转子进行模态分析,研究支撑刚度和离心应力对转子系统模态和频率的影响.结果可为磁浮飞轮的信号测试和模态控制提供参考.