一种综掘巷道临时支护力学特性及振动特性研究

超前支护装备主要由两组可互相推移的框架组成,属于综掘巷道顶板临时支护的一种。为提高超前支护装备的稳定性、避免共振的发生,在分析超前支护装备工作原理的基础上,提出超前支护单组支撑状态的力学模型,采用拉格朗日方法和广义空间坐标系原理,建立超前支护装备的动力学数学模型和状态空间模型。以劳斯-赫尔维茨判据作为其动态稳定性判断条件,参考煤矿井下常用激扰力数学模型,结合Matlab和现代控制理论对超前支护单组支撑组的振动特性进行仿真,得出系统动态响应。最后,利用超前支护装备实验样机和振动测试系统,对超前支护装备进行模态分析,研究结果表明:超前支护装备易发生共振的频率范围约42.353 Hz~42.994 Hz。     

迈步式拱形超前支护装备的有限元分析及顶梁结构优化

为解决掘支失衡问题、提高掘进效率,设计了迈步式拱形超前支护装备。为研究该装置的结构稳定性,首先基于实际工况建立迈步式超前支护顶梁多点分布式静力学模型,并依据力法原理和奇异函数法列出顶梁应力、位移方程。然后运用有限元软件对单组支撑状态下冒顶工况进行静力学仿真,仿真结果表明支护顶梁存在应力集中现象,最大应力达192. 71 MPa,安全系数为1. 22。最后运用Ansys Workbench中Design Explorer模块对顶梁结构进行多目标尺寸优化,对优化后新模型再仿真,结果表明单个顶梁质量减少了7. 6%,整体应力降低了28. 3%,安全系数增至1. 70,说明优化后的超前支护结构具有良好的结构稳定性,得到的结论可为迈步式超前支护装备和类似支护装备的结构、尺寸设计及优化提供参考依据。     

综掘巷道超前支架相似实验样机理论与实验研究

为了在实验室条件下,对综掘巷道超前支架进行动静力学实验分析,根据物理学相似关系,建立了超前支架原型机与实验样机的相似准则,确定了实验样机的主要参数,建立了实验样机。通过线性系统振型叠加的理论方法对实验样机进行了模态分析,并与模态实验结果进行了对比。通过理论方法对顶板在无支护、超前支架单组支护和双组支护下的力学特性进行分析,并与建立的实验平台得到的实验数据进行了对比分析。研究结果表明,模态分析的理论与实验结果误差最大值为12.57%,支架与顶板耦合力学的理论与实验结果误差最大值为14.80%,均低于20%,满足研究误差要求,验证了研究结果的可靠性。     

考虑机床结合面的立式加工中心动态特性分析

以某企业的T-V855立式加工中心为研究对象,用虚拟介质法计算出机床结合面的动力学参数,建立整机有限元模型,进行模态分析,获得前6阶固有频率与振型。进行了T-V855立式加工中心实验模态测试,由实验结果与模型仿真结果对比可知,实验模态测试结果和整机有限元仿真的结果一致,最大误差为8.7%,验证了考虑机床结合面的整机有限元模型的合理性和正确性,同时对机床进行了谐响应分析,确定机床的关键部件为主轴箱与立柱,为后续机床二次设计提供了理论基础与方向。     

基于能量法的超前支护-立柱动态稳定性分析

超前支护装备是用于综掘巷道的临时支护设备,为提高超前支护工作稳定性和优化结构,对其进行动态稳定性分析,建立超前支护设备主要承载元件-立柱的动力学模型,并建立参数振动微分方程,得到其动力稳定区域和动力不稳定区域,运用能量法对立柱的稳定性进行分析,为以后超前支护设备动力稳定性的判据提供了依据。     

低速载货汽车车架静动态特性分析

运用三维造型软件Pro／E建立YT5815P型车架的三维实体模型,将其导入ANSYS后,采用板壳单元离散车架,建立车架有限元模型。基于车架有限元模型的基础上,应用有限元法对其进行静动态特性分析,动态特性分析包括模态分析、谐响应分析及瞬态动力学分析。通过静力分析,获得了车架在弯曲工况和扭转工况下的应力及变形分布情况;模态分析采用试验与计算机仿真相结合的方法,获得了车架自由状态下的固有频率、振型特征,同时,车架有限元模型得到试验模型的验证;对车架进行谐响应分析以及瞬态动力学分析有助于提高系统的稳定性及乘坐舒适性。最后,综合分析结果,对车架结构提出了一些改进建议。     

上肢康复机器人结构的谐响应分析

应用ANSYS谐响应仿真技术,对上肢康复机器人的振动检测工况进行数值仿真,进行整机结构的模态分析,获得整机结构的频率和振型。同时采用谐响应分析技术,模拟5～35 Hz频率范围内的振动幅值。谐响应分析结果可以为上肢康复机器人的结构设计提供参考,避开共振点,减小振幅,进而实现结构优化。     

基于有限元法的扇贝脱壳机动力学分析

脱壳是扇贝深加工的第一步也是至关重要的一步,但目前呈现出机械化水平低的现状,为解决当前面临的问题,设计了一种扇贝脱壳机.利用SolidWorks建立扇贝脱壳机的三维模型;通过有限元分析软件ANSYS对脱壳机进行动力学分析,包括模态分析、谐响应分析和瞬态分析.通过模态分析得到前8阶固有频率和振型,避免脱壳机发生共振;对脱壳机进行谐响应分析和瞬态动力学分析,得到在冲击载荷下脱壳机随频率和时间变化的振动幅值响应,进而得出脱壳机可以抵抗振动冲击下的载荷.整个动力学仿真分析结果表明,脱壳机安全可靠,符合刚度设计要求.     

一种适用于大转动惯量固体的高加速度承载实验装置动态特性分析

本文在分析大转动惯量固体的高加速度承载实验装置特性的基础上,结合刚性传动的动力学特性设计方法,在全面分析接触配合动态特性的基础上,提出了可反映实际工作情况的边界条件简化原则,通过有限元方法建立了整机动力学有限元计算模型,并结合具体项目需求通过对整机模态、谐响应和瞬态动力响应的计算与分析,论证了方案的合理性；同时得出了改善整机动态特性的具体措施,从而为适用于大转动惯量固体的高加速度承载实验装置设计提供技术参考.     

基于有限元分析的液压挖掘机回转装置系统动力学研究

首先分析了基于有限元模态分析和冲击载荷作用动力学响应的动力学理论基础。以液压挖掘机回转装置系统为研究对象,利用动力学理论和有限元分析相结合的方法对液压挖掘机回转装置进行动力学分析。建立了液压挖掘机回转装置系统动力学模型,利用有限元装配和单元连接技术建立回转装置转台-回转支撑-回转机构耦合的有限元模型,对有限元模型进行模态分析,对回转装置系统的抗冲击动力学性能进行评定,采用模态加速度法对回转装置有限元模型进行冲击载荷作用动力学响应分析。研究结果为液压挖掘机回转装置系统结构动力学及抗冲击性能研究提供依据。     

人机结合的关键支持技术

人机结合理论与应用研究越来越受到工程界和学术界共同关注,如何使其更具可操作性和应用性是待解决的问题。在回顾人机结合研究进展的基础上,从工程应用角度综述若干关键支持技术,包括人机结合系统结构、Agent、计算智能、信息感知与融合和泛化的综合集成等内容。结合航天器布局设计人机结合研究给出如下相关讨论：目前人机结合标志性成果不多的原因;为使人机结合更具实用性的策略和方法;鼓励广泛应用实践和理论深化研究。目的是在现有科学技术水平下使人机结合在工程实践中发挥更大作用。     

智能支持的汽车驾驶室内布置方案设计研究

本文首先提出了智能支持的汽车室内布置方案设计中的约束问题求解策略，以及驾驶室内各对象间基于实例提取的布置下描述方法，建立了结构化布置网络图，并提出目标方案修改策略。     

支持计算机辅助概念设计的机械产品创新过程动态建模

针对作为机械产品概念设计关键问题之一的过程建模,讨论机械产品创新过程中工作背景、市场需求等因素的变化对产品概念设计过程的决定性影响,在此基础上建立了环境—需求—功能—行为—结构(E-R-F-B-S)变量集映射动态模型,利用7种映射单元之间的有序组合归纳出4条产品创新链,为设计者在设计实践中的若干种创新思维过程建立简明的框架模型。通过确定创新链与有向图、有向图与稀疏矩阵的对应关系建立创新链的数学模型,进而提出并讨论创建以稀疏对称阵为输入变量的计算机辅助概念设计推理系统的合理构想。最后以辽河油田修井机传动系统的概念设计实例,说明创新链模型对机械产品创新过程的有效指导作用。     

大型回转窑支承系统的力学行为分析

对操作工况下大型回转窑支承系统的力学行为规律进行理论分析和接触非线性有限元仿真.根据轮带结构和运行特点,解析导出轮带内壁受简体的压力分布公式,修正了长期以来前人轮带压力公式的不妥之处.基于Ansys及其APDL( Ansys parametric design language)编程,实现对支承系统的多体接触模型在分布压力、摩擦转矩和预紧配合作用下的复杂加载及其边界非线性有限元模拟,获得回转窑支承系统的变形与应力分布规律.结果表明,轮带与托轮之间是循环挤压过程;每回转一周,轮带内外表面的等效应力经历五次脉冲循环,在与托轮接触处的峰值应力达最大.托轮外表面也存在较高接触应力.循环应力集中是使轮带与托轮发生表面疲劳失效的根本原因.过盈配合与支承载荷的双重作用,导致轮孔在与轮轴的配合端面成为托轮强度的最薄弱部位,可解释轮孔开裂或喇叭口失效现象.摩擦转矩使载荷偏置,导致支承系统应力分布非对称,故左右对称模型只适用于停工状态,对操作工况是不准确的.这些认识对回转窑支承系统的设计、检修和窑线调整具有参考价值.     

连续体结构及其支撑位置协同优化设计方法

在工程问题中,结构支撑位置和结构材料分布具有相关性,同时优化结构拓扑形态及其支撑位置,可在一定的材料和支撑件个数的条件下,最大限度提高结构力学性能.通过引入独立的支撑单元,以连续变量描述支撑位置,提出一种连续体结构及其支撑位置协同优化设计方法.建立考虑结构刚度和结构平均特征值的多目标优化设计数学模型,并采用决定因子确定多目标优化的最优解,以受横向载荷作用的简支受弯薄板和简支弯扭薄板为例进行优化设计及分析,结果表明,协同优化设计结果的结构拓扑形态清晰,支撑位置明确,能同时有效优化结构的支撑位置和结构拓扑形态.相对于给定边界条件的标准拓扑优化设计,两算例中的静动态性能分别提升30％和88％以上,在满足约束条件的同时,能以更少的支撑个数,显著提升结构的静动态性能.     

中支座可滑移连续索的静力分析

根据柔索应变与位移的非线性几何关系以及自重作用与温度影响下的平衡方程,采用欧拉描述的坐标系统精确求得各点的位移和张力的一般解.由可滑移连续索静力问题建立的非线性代数方程组应用改进的Powell混合算法编制的高精度DNEQNF程序直接进行求解.在算例中对中支座可滑移的两跨连续索当两跨索的自重相同或不同时进行精确计算,特别是当两跨索完全相同时,这些问题均与其他学者用不同方法得到的结果进行对比和分析.     

支撑式冲击破岩掘进机支护机构的疲劳分析

为探究支撑式冲击破岩掘进机支护机构的疲劳特性,利用Solidworks和Ansys Workbench建立了该支护机构的有限元模型,对两种典型工况进行静强度分析,得到机构的静应力、应变峰值以及安全系数云图,找出了薄弱关键点;根据静强度分析的结果,插入Fatigue Tool模块对支护机构进行寿命计算和疲劳敏感性分析。结果表明:该机构最小疲劳寿命循环次数为1.3419×10~7次,大于设计寿命10~7次,位于龙门架与机架连接处,有应力集中,是支护机构的的薄弱部位。最大总损伤0.745,与最小寿命位置相同。所得结果为改进该机构设计、提高疲劳强度、延长寿命提供参考。     

70Cr3Mo冷轧支承辊钢的氢致脆化研究

本文通过对系列氢含量试样的缓慢拉伸试验,研究了70Cr3Mo冷轧支承辊钢的氢致脆化。得到结果如下：（1）随钢中氢含量的增加和应变速率的减慢,钢的塑性急剧下降。当钢中氢含量达6ml/700g,应变速率达3×10 -5s -1时,70Cr3Mo钢的塑性几乎完全丧失;（2）70Cr3Mo钢的无白点极限含氢量为3ml/100g,无氢脆极限含氢量为1.48ml/100g;（3）缓慢拉伸白点为与基体组织有明显交界的近椭圆斑点,其内部显微形貌的以凸起,走向比较明确的撕裂岭和短小,弯曲的准解理小平面构成的穿晶准解理。     

球面射电望远镜主动反射面支撑机构运动学分析

针对主动反射面支撑机构的要求,提出一种能够实现一个方向移动和两个方向转动的空间3自由度并联机构。研究了机构的运动学建模方法,构造出运动学的逆解方程和速度传递方程,给出了运动学正解的数值求取方法。系统分析了机构三类奇异位形,以及机构的位置空间和姿态空间。分析结果表明该机构适用于射电望远镜主动反射面支撑机构。研究也为此类机构的尺度设计,路径规划和控制提供了理论依据。     

迈步式超前支护系统设计与支护特性研究

为提高综掘巷道的掘进效率、改善支护工艺,提出一种用于综掘巷道迎头顶板支护和自移式迈步式超前支护装备。分析巷道迎头顶板的力学特性和超前支护装备的工作原理,建立超前支护-顶板系统的力学模型,利用结构力学和材料力学相关理论建立顶板的挠度方程,借助计算机辅助软件求解顶板的变形规律。使用Ansys仿真软件对顶板及支护设备的变形量进行仿真。设计了超前支护实验样机,结合模拟顶板对超前支护装备的支护特性进行了模拟实验。实验结果表明,在超前支护装备的作用下,巷道顶板得到了有效支护,顶板变形量较小,其具有较高的工程应用价值。