铸造式和焊接式主轴箱体的动态特性对比分析

利用有限元法和试验模态法对立式加工中心的铸造式和焊接式两种结构的主轴箱体进行了模态分析,分别获得了其前六阶固有频率和振型。通过对比两种方法获得的结果,验证了有限元分析模型的有效性。研究表明,两种主轴箱体的阻尼比接近,但焊接式主轴箱体的各阶固有频率均要高于铸造式主轴箱体的各阶固有频率。并且铸造式主轴箱体的固有频率更接近于机床主轴的常用工作频率,焊接式主轴箱体的则远离此频率。因此对于常用主轴转速而言,焊接式主轴箱体的动态性能要优于铸造式主轴箱体的动态性能。     

大重型轧辊磨床顶尖承载能力影响因素分析

在大重型轧辊磨床顶磨机床中,顶尖直接承受轧辊重力,是整个机床中受力和变形最大的部件。顶尖的承载能力决定着轧辊外圆面的磨削精度,因此设计合适的顶尖成为磨床设计的重要部分。利用有限元软件、运用控制变量法、通过多组实验研究顶尖角度、配合长度和摩擦因数对顶尖承载能力的影响,得到了多组分析数据,并拟合出了应力、变形和接触力等变化趋势曲线,从曲线可以直观地看出各因素对各指标的影响灵敏度,这可为顶尖的设计和选用提供一定的理论参考依据。     

大型矿车发动机橡胶悬置静、动态刚度特性研究

大型矿车的发动机质量巨大、安装方式独特,对其发动机悬置的静、动态刚度特性进行研究具有重要意义。采用显式有限元计算方法对大型矿车的发动机橡胶悬置进行了静、动态刚度特性分析,并在试验台上进行试验来检测数值仿真的精度,结果表明:大型矿车发动机悬置的静刚度仿真测试相对误差在8%以内、动刚度仿真测试相对误差在15%以内,这说明仿真与测试结果较为吻合,可以在结构设计阶段通过数值模拟的方式预测其静、动态刚度特性。研究结果对大型装备悬置系统的结构设计、缩短研发周期以及预防振动噪声具有参考价值。     

水电站引水隧洞工程地下水环境影响评价方法

地下水是可开采水资源的重要组成部分,是重要的生态因子。目前解决地下水流和溶质运移问题最主要的方法是有限差分法和有限元法,这两种方法都有各自的程序可以用于饱和—非饱和渗流计算,采用有限元法,对隧洞开挖过程中地下水水位流场变化进行预测并分析,评价其对地下水环境的影响,为水电站引水隧洞工程地下水环境影响评价方法提供了参考。     

一种压电半导体纳米线的热电耦合性能研究

采用有限元分析方法,研究了一种n型压电半导体纳米线(氧化锌)的电热耦合性能,分析了外部温度对氧化锌纳米线内部机械场、电场及电流场分布的影响,并讨论了本构方程线性化对电学参数的影响。研究结果表明,温度对氧化锌纳米线的电场、载流子浓度和电流密度影响很大,采用线性本构和非线性本构求得的电场、电子浓度和电流密度最大相差分别为24%,32%和68%,基于非线性本构分析压电半导体的电学性能会引起很大误差。该研究结果可为压电半导体器件利用温度调控电场、电流提供理论依据。     

基于扩展有限元法的混凝土重力坝裂纹扩展研究

针对混凝土重力坝裂纹开裂扩展问题,基于扩展有限元(XFEM)理论,以Koyna大坝为例,分别建立基于附加质量法和无质量地基法的传统抗震分析模型和基于流固耦合法和粘弹性边界法的新型抗震分析模型,并针对两种模型进行线性时程分析和非线性裂纹扩展模拟分析。结果表明,以流固耦合法和粘弹性边界法建立的坝体-地基-库水抗震分析模型的动力峰值响应整体减小了约30%;传统模型的裂缝张开位移有一定程度的夸大,基于流固耦合法和粘弹性边界法建立的坝体-地基-库水抗震分析模型的裂纹扩展路径与实际振动台试验结果更接近。     

间隙配合变轨距轮对与轨道间瞬态滚滑接触模拟研究

变轨距技术是实现不同轨距铁路联运的重要手段，我国相关研究仍在起步阶段。基于显式有限元法，建立包含渐开线花键副的三维变轨距轮对-轨道耦合瞬态分析模型，于时域内模拟速度高至400 km/h下的瞬态轮轨滚滑和花键间动态接触行为及其相互影响。模型充分考虑轮轨和花键副三维几何、系统高频结构振动等，引入时变牵引/制动转矩，采用集成库仑摩擦定律的"面-面"接触算法求解轮轨接触和花键接触。假设圆柱直齿渐开线花键，齿数取32，齿侧间隙恒0.1 mm，无激励下模拟结果表明，花键副的存在使得轮轨力波动范围大于传统轮对，例如，400 km/h下法向轮轨力波动幅值增加静载的3.7%。时速400 km/h和牵引系数0.05下，内外花键的径向和角向偏置使得花键左、右两侧各存在1个位置相对固定的承载区，各涉及5~6个键齿，承载面分别为II和I键齿工作面。瞬态法、切向接触应力极值发生在靠近一系悬挂侧的齿根或齿顶部，典型值分别为102 MPa和4.6 MPa，任一键齿的应力极值因不断有键齿进出承载区而波动上升和下降。牵引系数0.3时，左侧承载区消失，右侧承载区扩至18个键齿，相同时刻下的法、切向接触应力极值因承载齿数和总接触面积增加变为89 MPa和5.2 MPa。为变轨距机构中花键的强度和动力学分析及相关设计提供精确模拟手段。