汽车驱动桥壳有限元分析及结构改进

为了验证某卡车驱动桥壳的工作特性,基于有限元方法对其驱动桥壳进行强度分析,当其6倍满载轴荷时,其最大应力超过材料抗拉极限,通过增大桥壳的倒角并且垂直距离提高10 mm优化之后,其最大应力为549.0 MPa,降低了10%。采用S-N方法对该驱动桥壳的优化方案进行疲劳寿命预测分析,其最小寿命为1.57×10~6次,大于国标要求的8×10~5次。优化之后的桥壳的第一阶自由模态频率和第一阶约束模态频率分别为101.5 Hz和125.9 Hz,均处于驱动桥旋转激励频率范围之外,将会有效避免其发生共振。优化之后驱动桥壳的每米最大变形为1.097 mm/m,小于国标要求的1.5 mm/m,因此其优化方案的刚度、模态、强度及疲劳均满足要求。     

基于模态分析的纯电动垃圾车车架拓扑优化

简要介绍了模态分析和拓扑优化的理论基础,建立了纯电动垃圾车的拓扑设计空间,并对建立的车架设计空间进行了自由模态分析,得到了车架设计空间的模态振型和模态频率。在模态分析的基础上,设置除刚体模态外的1阶模态频率最大为优化目标,在Ansys中进行了拓扑优化计算。经计算得出相应的材料分布云图和1阶模态迭代曲线。基于云图对车架结构轻量化二次设计,对二次设计的车架再次进行模态分析验证,并得出了结论。     

基于某汽车驱动桥壳预应力模态灵敏度的优化设计

针对货车驱动桥壳低阶模态频率过高的问题,以某货车驱动桥壳为研究对象,以桥壳主要关键尺寸为设计变量,对驱动桥壳做了预应力模态分析,获得了结构的前六阶固有频率和振型。通过灵敏度分析方法获得了桥壳各设计变量对低阶模态频率的影响规律,基于灵敏度合理选择设计变量,以提高模态低阶频率为目标,整体结构质量不大于65 kg为约束条件,对桥壳做了优化分析,优化后模态低阶频率提高了约10 Hz;再次对优化后的模型做了强度与刚度分析校核;最后,利用台架对驱动桥壳做了垂直弯曲强度和弯曲刚度试验。研究结果表明:可通过设计变量对模态灵敏度的影响进行分析,来指导设计变量取值,从而提高驱动桥壳的低阶模态频率;经试验验证,试验结果与分析结果一致。     

飞轮壳工艺方案分析及典型夹具设计

通过对4110飞轮壳的工艺性分析,制定出合理的飞轮壳加工工艺规程和设计了飞轮壳周边孔在一道工序钻削的典型夹具,通过更换钻模板,实现多型号飞轮壳周边孔加工。使飞轮壳加工精度得到可靠保证,节约了设备投入。     

基于Nastran的汽车仪表管梁模态分析与优化

针对某型汽车的仪表管梁展开计算模态分析与优化。网格划分关注了材料属性、网格质量、焊点设定以及约束状态,提高了仿真计算的精准性。通过Nastran计算得到管梁的前十阶模态,其中全局弯曲模态频率与汽车怠速频率非常接近,影响振动性能。对管梁进行灵敏度分析后找到关键部件,并利用优化算法得到最佳设计参数。优化后的管梁全局模态频率得到提高,避免了怠速共振。模态试验验证了共振性能的提升和有限元仿真分析与优化的准确性。     

降低制动摩擦振动的制动器结构拓扑优化设计

本文建立起某车型盘式制动系统三维有限元模型,分析了该制动系统的摩擦振动噪声特性,并基于ABAQUS/Optimization模块对该制动系统进行结构拓扑优化设计,在满足轻量化的目标要求下改善摩擦振动噪声问题.结果表明:制动系统在摩擦力作用下可能出现四种振动模态,且产生频率为3632.4 Hz的振动噪声的倾向和强度最大.产生该频率摩擦振动噪声的原因是由于制动钳的第4阶模态频率与制动盘的第11阶模态频率非常接近,在摩擦力作用下容易产生共振.通过对制动钳进行结构拓扑优化设计,移除制动钳两侧区域的材料,使其在满足重量最小的目标前提下将第4阶模态频率降低到2804 Hz,从而避免与制动盘发生共振,且制动钳的重量减轻了17.1％.进一步采用复特征值分析对结构优化后的制动系统进行摩擦振动噪声特性预测,结果表明制动系统仅有两组相邻模态出现模态耦合现象,且原始制动系统出现的3632.4 Hz的振动噪声频率已经消失,制动系统摩擦振动噪声问题得到显著改善.     

列车用排障器静动态特性分析及结构改进

为解决某货运列车用排障器支座出现开裂问题,开展了排障器静动态特性分析,并提出结构优化方案。首先,针对排障器几何模型进行合理简化,通过rigid单元模拟焊缝,建立排障器三维有限元模型并依据标准计算准静态力学响应,发现应力结果远低于材料许用值;进而开展排障器动态特性分析,得到前六阶固有模态振动频率及振型,结合单位载荷频率响应分析结果发现一阶固有频率与载荷激励频率接近,初步判断排障器失效属于振动失效。基于此,提出结构优化设计方案,优化后的排障器最大位移量减少了20.5%,最大等效应力降低了21.8%,一阶模态频率提高了61.3%,有效改善了排障器的结构性能,也为工程实际结构进行优化设计提供一定参考。     

压缩机计算例题集(三)

ⅩⅧ.飞 轮 18.1 飞轮计算式 GD～2=16.2×10～3×（?）（18.1） 式中G——飞轮轮縁重量 吨; D——飞轮轮縁重心直径 米; C（?）——能量变动系数=6.5-0.15 C——许容速度变动系数=1/40 n——转数 转/分 N（?）——轴功率 马力 18.2 例题 1）试求 D=2.31米,C～e=0.155,C～s=1/40,n=120,N（?）=300时的飞轮轮縁的重量。     

飞轮扰动下大口径长焦距光学成像系统的视轴误差的分析与试验

为了分析飞轮产生的微振动对高分辨率卫星成像质量的影响,建立了某高分辨率卫星的结构动力学模型,测量飞轮在轨工作时产生的微振动,并基于整星层次计算卫星在飞轮扰动下视轴误差。计算结果表明该高分辨率卫星光学成像系统的视轴误差的关键模态为第8与9阶模态,主镜与次镜对视轴误差贡献最大,可以优化主镜与次镜相关结构参数提高光学卫星的成像质量。为验证整星结构设计与微振动分析优化的准确性与合理性,针对整星初样开展地面微振动试验,该卫星在轨姿控系统为偏置动量轮设计,通过星上Z/Y轴动量轮模拟在轨实际工作转速,分别在卫星悬吊状态以及固支状态下测量了卫星颤振情况。分析与试验结果表明:整星微振动时角位移的仿真计算结果与试验结果相比,其相对误差α为11.13%,绝对值为0.009 94″,小于0.01″,初步认为在轨遥感图像质量不会受微振动影响而退化,并为光学遥感卫星的微振动设计提供了参考。     

汽车副车架强度模态分析及结构优化

以某轿车副车架为研究对象,在CATIA、Hyper Works等软件中建立其有限元模型和多体动力学模型。对其结构进行强度分析和自由模态分析。分析结果表明,副车架强度符合使用要求,但该副车架的一阶模态频率与发动机激振频率较为接近从而可能会产生共振现象。针对该问题,采用变密度拓扑优化方法,建立以平均频率法定义的目标函数,以体积分数和应力为约束的拓扑优化。优化结果表明,副车架的模态计算值与试验值误差非常小,其一阶模态频率提高17.3Hz,并且给出副车架材料最优分配图,优化后一阶模态频率可避开发动机激励频率频带,验证副车架结构有效性。     

多种代理模型在汽车座椅轻量化设计中的应用研究

针对汽车座椅传统轻量化方法存在计算周期长,提出一种基于多种代理模型的汽车座椅轻量化设计方法.首先,建立某乘用车座椅子系统碰撞台车试验的仿真模型,并经台车试验验证.然后,结合优化拉丁超立方试验设计,以6个座椅部件厚度和3种材料类型为设计变量,通过多种代理模型对样本点进行近似拟合.最后,以质量最小、1阶频率最大为目标,以假人最大下潜量、靠背转角为约束,采用粒子群算法进行多目标优化.结果表明:相比Kriging代理模型优化结果,基于多种代理模型优化,汽车座椅多减重0.74 kg,提高了36％,1阶模态频率提高1.39 Hz,计算周期缩短80％.     

SCARA机器人大臂结构模态分析与拓扑优化

选择顺应性装配机器手臂(SCARA)在水平面内运动速度快、重复定位精度高。为优化SCARA机器人大臂机械结构性能,减轻大臂重量,采用了模态分析与拓扑优化相结合的方法。首先建立SCARA机器人大臂三维模型,导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中作静力学分析和模态分析,得到前6阶固有频率和振型结果;然后,利用拓扑优化方法为大臂去除材料的优化方向提出建议,重新设计大臂的优化结构并计算优化结构的模态参数;最后,对比优化前后模态参数结果,证明优化后的结构在减轻大臂重量的同时提高了大臂的机械性能。     

三风轮水平轴风力发电系统塔架模态分析及优化设计

以三风轮水平轴风力发电系统塔架为研究对象,应用ANSYS软件,以APDL语言为工具,建立系统有限元模型;运用试验和理论计算两种手段,验证建模方法的准确性,在此基础上,对塔架进行模态分析,通过对影响模态的因素进行分析,确定优化目标和优化设计方案。结果表明:优化设计前,风轮转动产生的激励载荷可能会激发塔架第3阶共振,优化设计后,塔架的固有频率成功避开了风轮的激振频率。     

基于灵敏度分析的刀形天线有限元模型修正

准确可靠的有限元模型是结构动态特性分析、设计改进的基础,文中利用模态试验得到的模态参数对某刀形天线进行有限元模型修正.首先建立天线结构的参数化模型,然后通过灵敏度分析选择合适的设计参数作为后续优化对象,利用计算与试验的模态频率之间的相对误差构造加权的优化目标函数,最后应用1阶优化方法修正结构的有限元模型.修正后有限元模型的模态频率最大相对误差降低至10%以内,模态置信度(MAC)均大于0.8.该修正模型可用于后续的动力学分析.     

基于Ansys Workbench的激波轮模态分析

激波轮作为摆线活齿减速器的重要传动部件,在运转过程中,激波轮的稳定性直接决定摆线活齿减速器的平稳性和噪音,故需要分析激波轮的固有频率和振型。绘制激波轮模型,输入Ansys Workbench对激波轮进行相关模态分析。通过仿真分析后,得到激波轮前十阶振型和频率。激波轮的临界转速远大于激波轮的最高转速,故对激波轮进行减重来降低激波轮的重量和成本。对激波轮进行模态分析,为后期激波轮的设计仿真奠定了理论基础。     

某船用柴油机发电机支架系统仿真计算分析

基于Hypermesh前处理软件,利用ABAQUS结构仿真软件对某船用柴油机发电机支架进行模态、强度以及面压滑移计算,且利用FEMFAT疲劳分析软件对支架进行了疲劳计算分析。计算结果显示,发电机支架系统一阶模态高于发动机最高空车转速对应激励频率的1.2倍,避开了柴油机工作时的共振风险,模态满足设计要求。发电机支架在六向冲击载荷工况下,产生的Mises应力最大值低于对应材料的屈服强度极限,强度满足设计要求。支架与飞轮壳间面压连续,滑移小,发电机支架高周疲劳安全系数最小值高于限值1.1,面压、滑移及疲劳均满足设计要求。通过CAE软件的仿真分析,为结构设计的合理性提供了必要的指导和依据,有效地提高了设计质量,缩短了研发时间。     

双盘叶片轮水泥抹光装置结构设计

基于库伦摩擦定律,设计并建立了双盘叶片轮水泥抹光装置的三维模型,通过有限元软件Workbench对其进行静力学分析和模态分析,获得双盘叶片轮水泥抹光装置的整体应力云图、整体应变云图及前六阶固有频率和相应振型。结果显示:应力主要集中在与叶片轮相连接的主轴处、主轴和摆动装置连接的轴承箱处以及支撑轴处,最大应力集中在靠近伺服电机侧的配电箱中心处,最大值为59.534 MPa,远小于材料屈服强度235 MPa;水泥抹光装置工作频率在31.510、62.957和140.870 Hz时振幅最大。在此基础上,完成样机制作并进行了测试,样机实现了边行走边抹光功能,为后续结构优化提供了理论依据。     

汽车驱动桥壳静动态特性分析与多目标优化研究

针对在驱动桥壳的设计过程中为满足强度和刚度要求而存在的重量冗余问题,提出了一种结合灵敏度分析与响应面模型的多目标优化设计方法。基于ANSYS在3种典型工况下对驱动桥壳进行了静动态特性分析,将驱动桥壳的5个尺寸参数定义为设计变量,以最大变形、最大等效应力、重量和第一阶固有频率为目标函数;采用Box-Behnken试验设计方法对设计变量进行了试验设计、灵敏度分析和响应面分析,研究了驱动桥壳5个尺寸参数变化对目标函数的影响;在响应面分析的基础上,利用遗传算法对驱动桥壳进行了多目标优化。研究结果表明:优化后驱动桥壳的最大变形减小了1.8%,最大等效应力减小了6.57%,重量减小了6.28%,第一阶固有频率增加了2.1%;该结果证明了所提出的驱动桥壳多目标优化方法具有可行性。     

拓扑优化在提高电机底座固有频率中的应用

为计算某型号电机底座的固有频率,研究其振动特性,利用Lanczos法对其进行模态分析,得到了前6阶固有频率及振型。在此基础上,运用Hyperworks软件的Optistruct模块,以优化后的体积不超过底座结构总体积30%作为约束,以1阶固有频率最大化为目标,进行了基于变密度法的底座结构拓扑优化分析,给出了底座结构材料最优分布云图和频率迭代变化曲线。优化结果表明,此方法能有效提高底座结构的1阶固有频率,从而可能避开谐振区,抑制电机与底座之间发生共振。     

基于有限元方法的汽车传动轴研究

为了提高传动轴设计的可靠性和合理性,基于有限元方法其对某汽车传动轴进行自由模态分析、扭转刚度分析、强度分析和疲劳分析。分析结果表明,其一阶固有频率均比激振频率高15%,能够有效地避免发生共振;扭转刚度27 685.5 N·m/rad,符合刚度要求。其最大主应力位于轴管处,为185.2 MPa,安全系数为1.32,能够满足强度要求;该传动轴的最小寿命为5.385×107,疲劳寿命满足要求。