典型螺栓连接界面轴向动态特性的不确定性研究

工程结构中普遍存在螺栓连接,其中螺栓连接界面的非线性与不确定性是其两个重要特性,该研究针对某典型螺栓连接界面轴向动态特性的不确定性开展研究。通过结构不同次装配工况的正弦振动试验,获得了系统轴向振动固有频率与模态阻尼比的不确定性。采用薄层单元建立螺栓连接结合面模型,基于薄层单元弹性模量、泊松比与连接系统固有频率的关系,以及薄层单元材料损耗因子与模态阻尼比的关系,再结合基于主成分分析(PCA)的不确定性有限元模型修正方法,利用螺栓连接系统的不确定性研究试验结果,对薄层单元的弹性模量、泊松比及材料损耗因子区间进行了识别。识别得到的螺栓连接轴向固有频率与模态阻尼比区间与试验结果区间吻合较好,研究结果为类似螺栓连接结构结合面动力学建模及其不确定性研究提供了新方法。     

附加粘弹性阻尼器结构模态阻尼比的计算

对模态应变能法进行了分析,研究了应用模态应变能法设计附加粘弹性阻尼器结构模态阻尼比的有限元方法和步骤,并在通用结构分析程序填加了相应的程序段,举例分析了附加粘弹性阻尼器在结构中位置的不同对各模态附加阻尼的影响。     

胶粘剂对光机结构动力学特性的影响

胶粘剂广泛应用于光机结构中,其对光机结构的动力学特性有不可忽视的影响。本文采用有限元建模的方法对含胶粘剂的透镜镜组进行动力学特性分析。建立忽略胶层、节点耦合以及"粘合单元"连接胶合面三种有限元模型,并分别对两种胶粘剂粘接的透镜镜组进行模态分析。为了验证三种建模方法的有效性,对不同透镜镜组进行模态测试,获取一阶模态频率与振型。仿真计算与测试结果对比表明:忽略胶层影响的模型计算结果存在较大误差,节点耦合以及"粘合单元"连接胶合面所建立的模型的一阶模态频率与实验测试误差小于5%,振型也与测试结果一致。这表明节点耦合以及"粘合单元"连接胶合面两种有限元模型是有效的。进一步分析胶粘剂材料属性对透镜模态频率的影响,胶粘剂的杨氏模量对模态频率影响明显,泊松比与密度影响较小,对光机结构中胶粘剂的选用具有参考意义。     

基于应变能分析的附加阻尼结构设计评价和准则优化方法

基于附加阻尼结构的模态应变能分析方法,对模态损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析,并推导了以模态损耗因子最大为设计目标的附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则。对此推广,又进一步对强迫振动条件下结构的损耗因子关于附加阻尼的灵敏度和附加阻尼材料的相对利用效率进行了分析。由此,建立了一种分别根据自由振动模态和强迫振动响应对附加阻尼结构设计进行分析评价的方法。基于附加阻尼层材料厚度分布的优化设计准则,还给出了一个附加阻尼结构的迭代优化设计方法。通过对一个车身地板附加阻尼结构的计算分析,验证了提出的分析评价和优化设计方法的有效性。     

预紧力对螺栓联接机匣模态频率的影响研究

为研究预紧力对螺栓联接机匣模态频率的影响,首先,从理论上建立预紧力作用下螺栓联接结构模态方程;其次,以螺栓联接板试件为例,基于有限元分析和试验相结合的方法,验证螺栓联接接触面处理方法的准确性;然后,建立较为精细的机匣有限元模型,进行不同预紧力作用下的机匣模态分析;最后,分析刚性机匣和预紧力作用条件下的实体机匣各阶固有频率相对差异,重点研究预紧力变化对各阶模态频率影响程度。研究表明,随着预紧力增大,机匣各阶固有频率总体上有所增大,并且预紧力对各阶固有频率的影响程度各不相同,结合振型图发现,对于连接面处相对变形较大的振型,其模态频率受预紧力影响较大;而对于连接面处相对变形较小的振型,其模态频率受预紧力影响较小。     

螺栓连接框架结构的有限元模型修正

综合运用有限元仿真、试验模态测试和模型修正技术,对一个由螺栓连接的三层框架结构进行了动力学特性分析和响应预测,并对其中涉及到的相关问题进行了讨论。首先,采用不同类型单元分别建立结构的实体有限元模型、板-梁有限元模型以及三自由度集中参数模型,并进行模态计算。然后,对实际结构进行模态测试,并将三类模型的计算结果与测试数据进行对比,分析不同类型单元所建立模型的异同以及由螺栓连接的复杂性、加工装配的误差和材料参数的不准确等不确定因素对建模及计算误差所造成的影响,从而确定合理的修正参数。接着,用模态测试数据对模型参数进行修正,使得修正后的模型能够准确反映实际结构的固有频率和振型。最后,将测试获取的阻尼参数加到修正后的模型上,进行冲击激励下的响应预测,并与实际结构的测试结果进行对比,取得了满意的结果。     

水中弹性体的特征频率与声特性

对弹性壳体的特征频率与声散射、声辐射的谐振特性进行了对比研究。应用最小势能原理建立弹性体的有限元方程,并结合边界积分方程得到水中弹性体特征方程,采用Lanczos方法直接求解特征频率并进行固有振动模态分析。通过几种弹性壳体的特征频率与声特性的对比,验证了激励源频率在特征频率处会产生较强的谐振散射和谐振辐射,谐振对声特性影响的大小则与激励方式有关。具有附加结构的复杂线形长壳体的固有振动模态表明,低阶振动模态主要是主体部分径向和轴向振动,而附加结构对振动影响较小,但会使前几阶的特征频率偏移;高阶固有振动模态的主体和附加部分都产生形变,但主体的轴向振动是主要特征。     

基于响应面方法的叶栅摆动装置有限元模型修正

为提高叶栅摆动装置模态分析与模态试验的相关性,使用响应面方法对有限元模型多个参数进行优化,实现模型修正。首先使用有限元模型进行模态分析,提取整体模态;其次,采用移动传感器方法对大型装配体进行整体模态试验,通过模态判据准则检验模态试验结果、模态参与因子确定主要整体模态;再次,基于有限元模型误差分析,确定对主要部件分别采用不同材料修正参数,通过中心复合试验设计确定样本空间,使用多目标响应面方法对样本进行回归分析,在回归分析的响应面内对待修正参数进行非线性约束优化,得到最优解;最后,使用修正参数重新进行模态分析实现模型确认,并进行动力学计算,与实际测试结果对比。结果表明,修正后的模态分析与模态试验结果相关性提高,前三阶整体模态频率误差均值由9.71%减小至0.73%,振型相关性由0.74提升至0.89。     

基于模态试验的某火炮身管有限元模型修正

针对某火炮刚柔耦合发射动力学中柔性身管有限元模型精度低的问题,提出一种基于支持向量机响应面模型修正理论和模态试验的身管组件有限元模型修正方法。应用ANSYS有限元分析软件对某火炮身管与支架装配体进行模态分析,提取前6阶模态的固有频率和振型,为验证模型,设计了模态试验方案,实测了火炮身管与支架装配体的模态信息。基于有限元模型数据与实测数据的相对误差,采用支持向量机响应面模型修正方法对身管与支架装配体弹性模量和密度进行修正。MAC模型确认结果和动力学模型应用结果表明：修正后的身管组件有限元模型精度有了大幅度提高,能更加真实地反映身管组件的结构特征,为射击精度分析提供了更加准确的模型基础。     

非结构因素对钢-朱前坤玻璃组合人行结构模态参数的影响

基于模型现场试验测试,研究了环境温度与运营环境状态（附加质量、行人步行频率）等非结构因素对钢?玻璃组合人行结构模态参数的影响;建立了温度与结构模态参数之间的数学模型,分析了附加质量与行人步行频率对结构模态参数的影响规律。结果表明：一天内温度变化引起的结构模态频率变化可达2.17%,阻尼比变化达87.1%,同时给出了前3 阶竖向模态频率关于温度变化的一次线性拟合表达式;附加质量作用下由结构端部到跨中,结构模态频率逐渐减小,阻尼比逐渐增加,且随着附加质量的增加模态频率降低,阻尼比显著增大;由大量试验数据统计规律可知行人作用下步频对结构模态频率影响较小,结构频率略有减小,模态阻尼比显著增加。因此分析非结构因素对结构模态参数的影响对结构健康检测和损伤识别具有重要意义。     

基于装配特征的装配顺序生成算法

研究了基于装配特征的装配顺序生成算法,装配特征是在零件设计模型的基础上识别产生的,它给出了零件间参与装配的面集,通过对面集的判断,可以地确定两零件能否直接装配,实现了简化零件搓接图,以达到减少割集的求解空间,并用装配特征进行零件可装配性判别,使判别方便简单。     

基于机器视觉的微小型零件精密装配

基于机器视觉的精密装配是实现微小型零件自动组装的重要方法.所研制的基于机器视觉的自动装配系统解决了某小型产品装配中的关键问题,其中包括待装配的零件尺寸相差大、形状和特征多样、表面质量差别较大、需要同时保证组装的位置精度和形位公差等.采用Canny边缘提取、圆的最小二乘拟合、轮廓提取、质心主轴计算、图像拼接等方法实现了待装配零件的识别定位,通过设备坐标系统的转换保证了小型零件的精确装配.实验结果表明装配精度小于40μm.     

Genetic algorithm for minimizing assembly variation in selective assembly

Selective assembly is a method of obtaining high-precision assemblies from relatively low-precision components. In selective assembly, the mating parts are manufactured with wide tolerances. The mating part population is partitioned to form selective groups, and corresponding selective groups are then assembled interchangeably. If the mating parts are manufactured in different processes and in different machines, their standard deviations will be different. It is impossible that the number of parts in the selective group will be the same. A large number of surplus parts are expected according to the difference in the standard deviations of the mating parts. A method is proposed to find the selective groups to minimize the assembly variation and surplus parts when the parts are assembled linearly. A genetic algorithm is used to find the best combination of the selective groups to minimize the assembly variation. Selective assembly is successfully applied using a genetic algorithm to achieve high-precision assemblies without sacrificing the benefit of wider tolerance in manufacturing.     

基于用户场景的装配式阳台装修系统设计研究

目的 构建一套基于用户场景的装配式阳台装修系统解决方案。方法 以装配式阳台系统体系构建为目标,从装配式阳台系统的设计方法、概念、架构、系统模块等方面,对装配式阳台系统进行全面系统的探讨。结果 得出装配式阳台系统由四大基装系统、八大选装系统、三大加载系统构成。结论 装配式阳台系统包括装配式阳台基装系统、装配式阳台选装系统、装配式阳台加载系统。其中基装系统包括:顶面系统、墙面系统、地面系统、封阳系统。选装系统包括:家政模块、晾晒模块、休闲模块、绿植模块、办公模块、健身模块、厨房辅助收纳模块、卧室辅助收纳模块。加载系统包括:智慧照明系统、智慧安防系统、智慧遮阳系统。随着“双碳”目标、大数据、人工智能、新型生活方式的发展,兼顾标准化、工业化、个性化、智能化的多元阳台生活场景的系统解决方案将会得到快速发展。     

基于复合优化方法立式数控加工中心的多目标优化设计

为实现加工中心动静态性能不低于优化前性能,达到整机重量最轻的要求,本文提出了一种复合优化方法来研究多变量、多约束和多目标的数控加工中心优化设计。采用有限元分析和实验模态测试方法分析各大件动态性能,并验证了有限元模型的精确性。然后以该有限元模型为基础进行静态分析,得出各大件的最大变形及应力等。以柔度为目标,采用变密度法拓扑优化设计立柱结构的外形框架;以固有频率为目标,基于元结构的可适应性动态优化方法设计加工中心的筋板结构;以固有频率和质量为目标,基于响应面法的尺寸优化确定各结构的最优尺寸。最后将优化后的各大件进行整机装配,分析校核整机动静态性能。分析结果表明,优化后的整机在保证加工中心动静态性能的条件下,整机质量从12749kg减少到12127kg,减重达到4.9%,达到了整机的优化设计要求,说明该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

动力吸振器在动力总成振动控制中的应用

针对某轻型客车动力总成振动过大的问题,对其进行了试验测试与局部结构模态分析。分析得到,发动机激励与动力总成的托臂及其悬置组成的刚体振动系统的固有频率接近,引起了系统共振;同时,探讨了动力吸振器的设计方法,设计了相应的阻尼式动力吸振器,并将其应用于该车动力总成中。实车试验结果表明,该吸振器能够有效地控制动力总成的振动。理论分析及试验方法对同类工程问题具有一定的参考价值。     

燃气轮机拉杆转子考虑接触效应的扭转振动模态分析

燃气轮机转子一般是由多个层叠的轮盘通过拉杆组合而成,各轮盘接触面由磨削加工形成。粗糙度测试结果表明磨削加工的实验拉杆转子轮盘面具有两个不同分形结构的区域。利用结构函数法计算了这种双重分形面的轮廓曲线的分形维数D1、D2和分形粗糙度参数G1、G2 。采用双重分形几何描述接触表面的拓扑结构,并根据赫兹接触理论导出接触微凸体的切向接触刚度。弹塑性双重分形面的切向接触刚度等于所有微观弹性接触点的切向接触刚度的总和。粗糙层是由相接触的微凸体所构成的,其抗扭刚度模化为接触转子轮盘间的一个抗扭弹簧。通过三维有限元模态分析和实验模态分析得到了拉杆转子在不同预紧力下的扭振模态频率。通过上述计算和实验结果识别了粗糙层的抗扭刚度,实验测试结果和理论计算结果相一致,这表明上述接触层抗扭刚度的双重分形模型实合理的,可以有效地考虑接触效应对拉杆转子扭转振动模态频率的影响。     

Optimization of structural dynamic behaviour based on effective modal parameters

Optimization of complex structures often leads to high calculation costs. Indeed, the structure has to be frequently reanalysed in order to update the optimization criteria. We propose an optimization method based on effective modal parameters. These parameters are close to the modal matrices used for the modal analysis of a structure. Thus, once the structure has been analysed, it becomes very easy to calculate optimization criteria. First, we will explain the modal analysis that we will use in this paper. A modal model will be used to analyse the hollow parts of the structure. The modal analysis of the whole structure will be performed using substructuring and ‘double modal synthesis’ proposed by Jezequel. Secondly, we will explain how to obtain effective modal parameters and their use for optimization. Finally, we will show the efficiency of these parameters through the optimization of a complex structure, using two types of optimization methods. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于网络的实时虚拟装配系统的研究

基于网络的虚拟装配为虚拟制造领域提出了一个崭新的思路和方法.提出了虚拟装配过程中约束的实时控制与虚拟装配仿真磁心定位的概念,从产品的装配分析角度出发,实现了网络环境下虚拟装配系统的智能化动态仿真、装配信息实时反馈以及虚拟环境下数据库的快速查询,并研究了仿真动画和交互的关键技术.     

A New Method in Selective Assembly to Minimize Clearance Variation for a Radial Assembly Using Genetic Algorithm

Selective assembly is the method of obtaining high-precision assemblies from relatively low-precision components. A relatively smaller clearance variation is achieved than in interchangeable assembly, with the components manufactured with wider tolerance. In selective assembly, the mating parts are partitioned to form selective groups with smaller tolerance, and the corresponding groups are assembled interchangeably. The mating parts are manufactured in different machines, using different processes, and with different standard deviations. Therefore, the dimensional distributions of the mating parts are not similar. In selective assembly, the number of parts in the corresponding selective groups is not similar and will result in surplus parts. The clearance variation is also very high. In this article, a new method is proposed in selective assembly. Instead of assembling components from corresponding selective groups, the components from different combination of selective groups can be assembled to achieve minimum clearance variation. Genetic algorithm is used to find the best combination of the selective groups for minimizing the clearance variation. A case of hole and shaft (radial) assembly is analyzed in this article, and the best combination is obtained to minimize assembly clearance variation. The assembly is done in three stages to completely use all the components. The best combination for the selective groups and the resulting clearance variations are tabulated. The surplus parts are minimized to a large extent.