高精度拉床动特性分析与结构优化研究

针对动载荷导致拉床加工精度降低的问题,在确定拉床结构的自振频率和相应振型基础上,对其结构进行了优化设计,提高了结构系统的动力学性能,从而提高了拉床加工精度。首先构建了该拉床的数字化仿真设计模型,得出了拉床的主要阶模态和瞬态响应,瞬态响应选取选择拉床上3个典型位置(床台顶部、主溜板顶端、液压缸顶端)进行了计算,并主要计算了在拉削时由于冲击载荷的作用而产生的加速度瞬态响应;根据模态分析和瞬态分析结果,选取均匀法对拉床结构进行了拓扑优化设计,优化时设置了5项结构拓扑优化指标,最终得到了拉床的综合结构优化设计方案;在此基础上,搭建了优化后的拉床原型系统及实验测试平台,并对该拉床进行了实验测试。测试及研究结果表明:优化后拉床质量减轻了15%,拉削点的位移从0. 168 mm降低至0. 152 mm,位移量减少了10%,提高了加工精度。     

E-305S立式木工铣床动态特性试验研究与结构优化

应用ODS(Operating Deflection Shapes)试验方法识别木工铣床在空转与切削深度2mm两种不同工况下的振动特性,得到了铣床在不同转速下的振动峰值频率分布以及相应的振型,通过与切削试验结果对比,验证了空转状态ODS试验的准确性;根据不同转速下铣床ODS振型找出铣床存在的薄弱环节,并对铣床进行结构优化;采用ANSYS对优化后模型进行有限元分析,根据优化前后分析结果对比,优化后提高了铣床低阶固有频率,其中一阶固有频率提高了67.5%,改善了部分薄弱模态振型,使铣床的整机动态性能得到提高。     

负载敏感泵的响应特性分析与优化

从理论上分析负载敏感泵控制原理,建立了负载敏感泵数学模型;搭建负载敏感泵响应特性仿真模型,利用AMESim批处理功能探讨了主要参数对响应速度的影响规律;结合理论及仿真分析,提出一种结构优化方案。仿真结果表明:优化后变量泵响应速度提高33.2%。以某28型旋挖钻机进行试验研究表明:优化后变量泵响应速度提高32.8%。与仿真结果具有较好的一致性。     

基于FLUENT技术迷宫密封的结构优化

以压缩机迷宫密封为研究对象,利用FLUENT模拟气体在迷宫密封中的内部流动,分析了气体在迷宫密封中的速度与压力分布,并研究了间隙宽度和空腔深度对迷宫密封泄漏量的影响,提出了4种不同尺寸的迷宫密封结构,分别得到在不同模型下泄漏量与压差之间的变化规律,其中模型D有效减少了迷宫密封的泄漏量,提高了密封性能。     

兼具吸能和承载特性的梯度结构宏细观跨尺度拓扑优化设计

理想的碰撞吸能结构在吸收碰撞能量的同时应具备一定的承载能力,更好地保护人员及设备安全,而现有方法一般仅从宏观或细观单一角度进行碰撞吸能结构设计,不能很好地兼顾吸能和承载需求。构型呈梯度变化的梯度结构具有很好的碰撞吸能特性,故本文利用宏细观一体化设计思想,从宏观结构和单胞构型的两个方面出发,以结构刚度表征承载特性,负泊松比表征吸能特性,提出了兼具吸能和承载特性的梯度结构宏细观跨尺度拓扑优化方法。在宏观尺度,基于功能梯度及聚类分析思想,研究出具有刚度梯度特性的结构宏观区域划分优化方法;在细观尺度,基于能量均匀化理论建立了以结构刚度和负泊松比为目标函数的多目标拓扑优化模型。对优化得到的结构吸能与承载特性进行测试与分析,结果验证了所提出的方法能够有效地应用于防撞结构设计。     

汽车动力电池组热特性及散热结构优化研究

动力电池是纯电动汽车重要的储能元件,在电动汽车日常运行中,锂离子电池工作性能与工作温度密切相关,由于充放电时,电池会产生大量的热量,而这些热量的积聚直接导致了电池温度的升高,极大影响了电池性能,因此,锂离子动力电池组散热结构优化十分必要.基于此,本文首先介绍了纯电动汽车动力电池组热管理系统,对锂离子动力电池组热特性进行...     

蜂窝夹层结构汽车吸能盒吸能特性研究

本文研究对象为低速碰撞交通事故中起吸能作用的吸能盒,通过研究汽车吸能盒的结构参数找到提升其吸能特性的合理结构,分别以六边形、类四边形和类蜂窝夹层结构填充吸能盒,运用理论分析与数值仿真相结合的方法对传统吸能盒和蜂窝填充结构汽车吸能盒进行吸能特性研究,提升传统吸能盒的吸能特性。研究结果显示：通过填充后,吸能盒的吸能特性得到大幅提升,并且类蜂窝夹层结构吸能盒还降低了传统吸能盒的碰撞力峰值,具有重要的创新性,为汽车吸能盒的发展提供了一种新的选择,同时为汽车的安全性设计提供了重要的参考依据。     

单叶片推进器及其运动特性

提出了一种新型的流体推进器——单叶片推进器,通过对叶片的运动学和负载的分析,建立了该推进器的运动方程。基于ADAMS环境,建立了单叶片推进器的虚拟样机,并进行了推进器系统的动力学仿真。仿真分析表明:单叶片推进器能够在设定转速下稳定运行;有效推力是脉动变化的,但在稳定转速下,有效推力的幅值和频率是稳定的,可以产生稳定的推动效果。     

固液两相流下蝶阀的磨损特性研究与结构优化

基于Fluent软件提供的湍流模型与离散相模型,对中线蝶阀内部流场进行了数值模拟研究,考察了阀门开度对蝶阀壁面及蝶板磨损的影响。结果表明,随着阀门开度的减小,蝶阀的磨损量和磨损范围都在增大,其中,蝶板受到的磨损量最大,磨损区域主要集中在蝶板的边缘,而蝶板中心区域的磨损量基本为零。蝶阀内壁面受到的磨损程度与蝶板表面相比较小,磨损范围主要集中在过流截面的两侧。基于研究结果对蝶阀结构进行了优化,优化后蝶阀的磨损程度降低,磨损范围减小,流阻特性改善。     

闪速熔炼精矿喷嘴预混结构的优化与数值仿真

通过中央扩散性精矿喷嘴工作特性分析,针对目前运行存在的问题,开展了喷嘴进料箱、工艺风旋向、环氧风偏斜和吹散风等预混结构优化、工艺配风参数调节以及气粒两相混合数值分析研究。结果表明,工艺风偏角管能够获得良好的旋流效果,增大工艺风的出口速度,促进精矿粉与工艺风的混合;吹散风-环氧风对精矿粉颗粒的分散效果影响显著,合理的配风风量可获得理想的精矿粉分布效果,更有利于气粒两相混合过程。     

机架式服务器热特性数值仿真与优化

现代电子产品的集成化程度和功耗的不断增加导致了系统热流密度急剧上升,由此带来的过热问题已成为制约电子设备发展的主要因素,而热仿真技术为解决该问题提供了有效手段.通过以2U机架式服务器的为研究对象,对所建的数学模型进行了仿真计算,给出服务器的热流场分布.通过对求解结果分析,找出初始设计的不合理因素,采用基于试验设计(DoE)的循序优化法(SO)和响应面优化法(RSO)分别对芯片布局和散热器结构进行优化设计,其结果满足服务器热设计要求.     

吊管机工作装置的设计仿真与结构优化

吊管机是重要的管道铺设装备,在当今社会有着广阔的市场前景。工作装置是吊管机的核心部件,其设计水平的高低直接影响到整机的性能。采用虚拟样机技术,对大吨位吊管机的工作装置进行了总体设计,并对工作装置中的关键部分——配重机构进行了仿真分析。以液压缸最大驱动力最小为目标函数,对配重机构进行了结构优化。优化的结果不仅使液压缸的最大驱动力降低了24.9%,而且满足了初始举升力约束、传动角约束等条件,使机构启动更平稳,传动质量更高。     

液压弹簧操动机构缓冲结构的仿真研究

液压弹簧操动机构是高压断路器的重要组成部分,决定了断路器的分合速度和工作稳定性,而缓冲结构在操动机构动作过程中起着不可或缺的作用。为研究和优化800 kV超高压断路器的缓冲结构,对其进行理论分析,利用SolidWorks和ADAMS软件建立内阶梯形缓冲结构的数学模型,建立基于AMESim和ADAMS软件的联合仿真模型,并对分闸缓冲进行试验测试。通过仿真分析和试验研究,得到缓冲结构的动态缓冲油压及流体特性,对五级阶梯形缓冲结构进行优化改进,进一步提高了液压弹簧操动机构的可靠性和适用性。     

利用双向渐进结构优化法对结构固有振型的优化

利用双向渐进结构优化法研究结构的固有振型优化问题,双向渐进结构优化法(bi—directional evolutionary struetural optimization,简称BESO)是一种拓扑优化方法,它基于这样一个简单的优化程序：从结构中一步步地删去对结构目标性能低效或无效的材料,同时增加对结构目标性能高效的材料,从而使材料布局趋于优化。文中分别采用近似重分析思路的方法和基于变分法推导的公式计算单元特征向量灵敏度,并简单阐述BESO法对结构固有振型(特征向量)进行拓扑优化的一般过程。数值算例表明,用该方法对结构固有振型的优化是行之有效的,且用变分法计算特征向量灵敏度进行优化较之近似重分析法效率更高。     

基于计算流体力学模拟的蒸汽喷射器结构优化

蒸汽喷射器的设计分析通常采用气体动力学或一维理论方法,但这些方法常常得不到最佳的几何结构。本文应用计算流体力学方法对用于余热回收的蒸汽喷射器的内部流场进行数值模拟,并分析了喷嘴喉部直径、混合室入口直径、等截面段直径、喷嘴出口到混合室入口的距离和等截面段长度对喷射系数的影响,然后采用5水平5因素的正交分析法对喷射器进行了多结构参数的变化分析。结果表明,通过正交分析法得到的喷射器结构参数组合能够实现较优的性能。     

一种工业汽轮机大型排汽缸的结构优化与气动分析

针对一种工业汽轮机大型焊接式排汽缸,为降低流动损失,提高气动性能,对扩压环的后段扩张角进行了优化,同时对排汽缸的多种结构优化方案进行了建模与数值仿真分析,揭示了排汽缸内部的流场结构与损失机理。研究结果表明,扩压环的后扩张角对排汽缸的气动性能具有重大影响,大小合理的后扩张角可以有效避免流动分离,从而降低流动损失,提高排汽缸的气动性能。     

缠绕式圆筒蜂窝的结构参数对吸能特性影响研究

为研究缠绕式圆筒蜂窝的结构参数对吸能特性影响,首先建立有限元仿真模型.然后利用控制变量法,系统地研究蜂窝结构参数对蜂窝吸能特性的影响.最后进行实验,并与仿真结果做对比.结果表明:随着波纹片边长减小、波纹片厚度和平片厚度增加,可以提高蜂窝平均应力和体积比吸能;减小波纹片边长、增加波纹片厚度可提高质量比吸能,而平片厚度的增...     

基于虚拟样机的机械结构参数优化

针对虚拟样机结构参数优化设计问题,提出了一种利用虚拟样机结合神经网络、遗传算法对结构参数进行优化的方法。该方法不仅建立了较为完备的优化方案体系,为机械的进一步开发和设计提供了有利的工具,同时也为工程设计人员提供了一种优化思路。