复杂工况下的TBM刀盘力学特性仿真分析

刀盘作为全断面岩石掘进机(TBM)的关键部件,其应力分布、变形量能否满足要求对掘进性能有很大的影响。以TBM刀盘为研究对象,通过建立刀盘有限元模型,依据罗宾斯公司提出的3种新工况,通过Workbench软件分析了在不同复杂工况下刀盘整体及其各分体的变形和应力分布,发现法兰与支撑筋的焊接部位应力最大且各肋板连接部位易出现应力集中,因此建议增加支撑筋与法兰的焊接面积并优化过渡方式,为后续的结构优化提供参考。     

基于有限元法的固体充填液压支架底座结构参数优化

为提高固体充填液压支架底座的强度和可靠性,以ZZC8800/20/38型六柱支撑式固体充填液压支架底座为研究对象,在满足强度要求的前提下,以减小底座质量和变形位移为优化目标,利用三维建模软件建立了底座的有限元模型,采用有限元法,在ANSYS Workbench软件中进行有限元分析,通过观察应力云图,选择液压支架底板厚度、外侧主筋板厚度、内侧主筋板I厚度、内侧主筋板II厚度为变量,对液压支架底座结构参数进行优化。结果表明,优化前后底座应力集中区的应力和变形位移变化不大,但是底座的质量明显减小,其质量减小了334.7 kg,也同时改善了底座的强度分布不均现象。     

TRT蜗壳稳态运行特性的数值模拟

通过有限元的方法,对大型TRT蜗壳式焊接机壳在热稳态运行条件下的温度场、应力场以及变形场的分布情况进行了数值模拟。计算结果表明,整个TRT蜗壳在热稳态运行条件下,机壳由于温度载荷的作用产生了热膨胀,机壳上的等效应力值均不大,大部分区域应力在100 MPa以下,在上机壳筋板附近,等效应力值比较集中,筋板上的等效应力值在70 MPa左右,最大值为117 MPa,出现在筋板的局部尖角处。整个机壳最大等效应力为168 MPa,远小于其屈服强度,因此满足强度要求。整体机壳的轴向收缩量较大,机壳在排气室与端板处收缩1.711 mm,变形并不大。因此,在稳态运行过程中,蜗壳的刚度足够。     

轻质多孔结构在机床工作台中的应用研究

将轻质多孔结构应到高速立式加工中心的工作台结构中,设计出了一种新型的机床工作台—多孔结构工作台,与原工作台相比多孔结构工作台的总质量减少了16.337kg,从而减小了高速加工过程中产生的惯性力,并对两种不同结构的工作台分别进行了静力学分析和模态分析。分析结果表明:多孔结构工作台比原工作台的最大静变形减小了20.9%,并且多孔结构工作台的前6阶固有频率平均增加87.33Hz,最大增加了191.56 Hz;说明将多孔结构应用到机床工作台中的方法是有效的,这将为改变传统的工作台筋板设计提供一种新的思路。     

机床静压卸荷的圆形导轨筋板分布

依据机床静压卸荷的圆形导轨的运动及使用要求,通过两种工作台与底座上筋板布置的不同情况来分析,给出了变形波组合图,得出了工作台与底座的径向筋板数量比值为1.5倍时变形最小的结论.     

悬臂式柔性支撑柱面气膜密封力学性能研究

基于三维SolidWorks软件建立柱面气膜悬臂式柔性支撑结构模型,分析柔性支撑结构对柱面气膜密封结构稳定性的影响;采用单向流固耦合的仿真方法,研究悬臂支撑板厚度、支撑结构材料、悬臂支撑数量,以及气膜操作参数转速和压差,对悬臂式柔性支撑结构和浮环的最大变形、最大应力应变有影响。结果表明：随悬臂支撑板厚度增大,平均变形量和平均等效应力减小;随悬臂支撑板数量增加,最大变形量逐渐减小,最大等效应力先增大后减小;研究的铝合金、铍青铜、不锈钢及钛合金4种悬臂支撑板中,不锈钢材料悬臂支撑板的最大变形量最小,承受的最大等效应力最大;随着转速和压差的增加,悬臂支撑板最大变形量以及最大等效应力均逐渐增加。在研究范围内,柔性支撑结构可以减小浮环的变形量,浮环变形量小于最小气膜厚度,保证了密封结构稳定运行。     

薄壁扇形筋板挤压成形开裂抑制及翻转展宽策略

通过对大高厚比扇形筋板挤压成形机理进行数值模拟和物理实验,明确了扇形筋板局部变形不协调和角部应力集中是筋板角部产生开裂的主要原因。提出采用应力转移法在筋板成形初期提前预制局部切口,有效改变筋板内部拉应力分布形态,使筋板与侧壁的连接处拉应力由原有的120 MPa降低到50 MPa甚至更低。实验与模拟分析证明,预制切口可释放筋板自身变形约束,使筋板变形以切口为中心分界,左侧部分筋板向左侧面内弯曲,右侧部分筋板向右侧面内弯曲。得出在小拉应力作用下依靠筋板的面内弯曲可大幅度增加筋板长度的结论。     

大型浮选机叶轮的焊接结构设计研究及工艺制作

采用理论结合实际的方法,验证叶轮铸改钢后叶片焊接结构设计的合理性。叶片采用蒙板、支撑筋及加强腹板的结构设计比采用蒙板及支撑筋的组合结构设计的刚性和稳定性要优,叶片的根部复合应力减小了199.2 MPa,变形量减小了4.52 mm。合理的焊接工艺有效地保证了叶片的焊接角度,降低了叶片根部应力分布,提高了蒙板抗变形能力,减少了蒙板在工作过程中的震动,保证了叶轮技术参数要求。     

全断面硬岩掘进机刀盘结构改进设计

刀盘是全断面硬岩掘进机(简称TBM)的核心工作部件,其结构设计对TBM掘进性能有很大影响。以辽西北供水项目的 TBM刀盘为研究对象,建立等效刀盘几何模型和有限元模型,依据典型载荷工况在刀座上施加滚刀额定三向载荷,分析不同载荷工况下结构应力及变形分布情况,发现在法兰与支撑筋的焊接部位出现刀盘最大应力(146MPa),支撑筋与法兰连接处应力存在大幅度的突变,这与该焊接面积过小有关,故增加法兰与联接筋的焊接面积,提出刀盘结构改进方案,改进后结构最大等效应力降低56%,改进效果明显,为TBM刀盘的结构设计提供参考依据。     

设备连接支架等强度及稳定性核算

在仅承受设备自身及操作介质自重等长期载荷的情况下,根据设备的结构特性,对设备相连部分支架的稳定性,螺栓、连接筋板和其焊缝的强度进行核算,并用ANSYS软件对连接筋板与筒体相连部位的局部应力进行分析,结果表明设备的相连部件、设备的强度及稳定性均安全。     

飞机整体梁结构止裂筋条结构参数确定方法

介绍了组合翼梁和整体翼梁结构的区别,利用ANSYS软件对整体翼梁损伤容限特性进行分析,讨论了有止裂筋条和无止裂筋条两种情况下的损伤容限特性,研究了止裂筋条在不同结构参数面积下的应力强度因子变化规律。根据静强度理论、断裂力学准则及检查间隔要求,结合整体翼梁结构参数及其传力特点,在止裂筋条面积赋初值的基础上,从止裂筋条面积能否同时满足静强度理论、断裂韧性准则及检查间隔要求角度,采用计算迭代给出了飞机整体翼梁止裂筋条结构参数确定方法。为今后飞机整体翼梁结构损伤容限设计提供了参考依据。     

不同梯度变化方式的不规则多孔结构设计与力学性能分析

基于Voronoi图设计了4种不同梯度变化方式的不规则多孔结构,通过光固化成形工艺制备了这4种梯度多孔结构。对这4种梯度多孔结构分别进行了纵向（载荷方向平行于梯度方向）和横向（载荷方向垂直于梯度方向）压缩实验,研究其变形特点和力学性能。结果表明,梯度多孔结构在横向压缩时的变形特点与均匀多孔结构相似,纵向压缩时则表现出逐层坍塌的变形特点。在孔隙率相近的情况下,不同的梯度变化方式能够影响纵向压缩时的力学性能,对横向压缩的力学性能基本没有影响。降低梯度多孔结构的平均孔隙率可以提高结构力学性能。最后通过等应力复合模型和Voigt模型预测了梯度多孔结构纵向和横向压缩的弹性模量,预测结果与实验结果的相对误差基本都在10%以内。     

薄壁件多点柔性加工变形的有限元分析

针对开发薄壁件多点柔性工装系统的需求.研究了薄壁件多点柔性数控加工中的变形问题.通过建立工件加工的有限元模型,利用ANSYS对变形进行静态非线性分析.得到了不同受力、不同间距情况下最大变形量随工件厚度变化的规律,以及不同受力、不同工件厚度情况下最大变形量随支撑间距变化的规律,同时还得到了不同厚度、不同间距情况下最大变形量随切削力变化的规律.分析结果表明:工件厚度变化时,最大变形量近似呈指数规律变化;支撑距离和切削力变化时.最大变形量近似呈线性规律变化.研究结果为更有效解决柔性工装的优化设计和控制问题提供了必要依据.     

大型起重机械薄板结构加筋及承载能力分析

起重机械的快速发展放大了其结构本身缺陷,为弥补可能发生的损伤问题,通常采用添加筋板的方式增加大型起重机械薄板结构的刚度,其主要承载了大部分的垂向载荷并能够提供足够的稳定性。但是,当承受载荷超过临界载荷时,筋板会发生屈曲变形,本文首先论述了大型起重机械薄板结构加筋的研究现状,进而研究了起重机械薄板加筋的稳定性,计算不同工况下的临界应力。为最大化利用筋板的承载能力,考虑了加筋板结构的后屈曲,对其承载能力进行了分析和优化方法设计,为大型起重机械薄板结构加筋的研究提供理论支撑,具有重要的工程意义。     

智能穿梭堆码机器人的有限元分析与结构优化

利用SolidWorks建立智能穿梭堆码机器人的三维实体模型,导入ANSYS软件对堆垛机进行分析,采用有限元法建立结构的静力学模型,进行简化与有限元网格划分.按照堆垛机的满载情况完成载荷的边界条件的加载,并用有限元结构性能分析的方法模拟获取了堆码机器人不同构件的应力分布数据和变形结果,从而计算出壳体满足强度要求的最大应力和变形量,为进一步探讨智能穿梭机器人的结构强度和优化设计提供了支撑.     

差厚拼焊板盒形件成形影响因素及焊缝移动规律

研究了拼焊板厚度组合、强度组合及成形过程中焊缝移动问题。通过数值模拟技术,建立了有拉延筋和没有拉延筋情况下的有限元模型,分析了不同板厚组合和不同强度组合对拼焊板成形性的影响,同时分析了拉延筋对焊缝移动量的影响,揭示这些因素影响成形性能的一般规律,提出一种减少焊缝移动的方法。研究结果表明:差厚板薄板与厚板的厚度比值取不低于0.5时,有利于成形极限的提高;对于不同强度组合的差厚拼焊板,在无拉延筋时厚板侧选用低强度,在有拉延筋时,薄板侧选用低强度,强度比值不低于3.0时,拼焊板的成形极限趋于基本稳定;在拼焊板的成形过程中,拉延筋能减少强度差对拼焊板成形性的影响,也能减少焊缝的移动量。应用实践表明,诸如汽车后地板类覆盖件零件,沿焊缝垂直方向设计一条加强槛(筋)能有效增加零件刚度和减少焊缝移动。     

基于有限元的泵车转塔故障诊断及结构优化

针对某型号泵车样机转塔在疲劳试验中出现开裂故障,使用有限元软件对立筒结构进行分析,发现立筒筋板应力过大是引起开裂的直接原因。通过优化设计和仿真分析,发现取消筋板后,立筒整体刚度协调,受力情况明显改善。优化后再次进行疲劳试验,结果表明初期疲劳开裂问题已得到解决,证明了优化方案的有效性。同时说明,治理应力集中不应简单地通过局部加厚补强来降低母材的应力,而应是协调结构刚度。     

轴承座装配体的有限元分析

轴承座在机械领域的运用十分广泛,基于ANSYS软件对轴承座装配体进行强度和变形分析。先通过建立模型、选择单元类型、划分网格、施加边界条件等步骤建立轴承座的有限元模型,再对轴承座进行变形和强度分析,找出结构最易破坏的位置。分析结果表明:轴承座产生的变形主要集中螺栓上和轴承座座体以及底板的连接处,最大等效应力也出现在螺栓中间部位,在筋板与轴承座接触区域存在应力集中。     

数控立式加工中心床身筋板结构设计与分析

以某数控立式加工中心床身结构为研究对象,为获得具有较好静动态特性的床身结构,保证工件的几何精度和表面加工质量,通过改变筋板的类型,设计了三种床身结构方案。运用ANSYS有限元分析软件分别对其进行静力学分析和模态分析,得到了不同床身结构筋板设计方案的位移变形量、合应力及模态频率结果。根据分析结果,选出了具有较好静动态特性的床身结构作为设计方案,节省了制造成本,缩短了设计周期,为床身结构设计提供了理论依据。     

变载荷作用下柔性关节板弹簧的大变形分析与强度计算

提出一种由气缸驱动的柔性机械手关节,关节采用板弹簧作为骨架。板弹簧的变形等效于自由端受特殊变载荷作用的弹性悬臂梁的大变形,其特殊变载荷是一个方向和大小都随气缸压力而变化的载荷。建立了悬臂梁静态变形的微分方程,采用简单的微分计算方法得出不同气缸压力下板弹簧任意位置的变形倾角、变形位移及应力的数值解。绘制其变形曲线和应力曲线,分析板弹簧的变形和应力分布情况,并校核了板弹簧最大应力处的强度。