基于有限元分析的精密铣削装备床身设计优化

在面向高档汽车压缩机涡旋盘零件的加工需求背景下,对其加工装备做了基础设计,并根据课题组基础设定了装备部件的材料。对装备的相关外部影响因素进行了精度分析,得到了课题5μm加工要求需要设计3μm的装备模型,由此设计了装备床身模型。在床身模型中基础设计和优化加筋两种方案下分别做了静力学仿真分析,对比了基础设计模型和优化设计模型。床身基础方案的总变形为0.41μm,斜筋方案为0.27μm,圆筋方案为0.32μm,并分析了在X、Y、Z三个方向的变形。     

ITER真空室中子屏蔽组件的热-静力学有限元分析

根据ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)真空室中子屏蔽组件的设计概念和结构特点,应用有限元分析软件ANSYS对结构组件进行静力学分析和热-结构耦合分析.有限元计算结果表明,等离子体中心破灭事件(central disruption 27msec--CD27ms)下的巨大瞬间电磁载荷对其产生的应力与变形远小于真空室温度环境造成的应力影响,尤其在接触应力计算上表现最为明显.因此,根据强度分析的结果重新对中子屏蔽组件的结构方案进行修改,分析结果表明改进后的结构更加合理.     

龙门加工中心横梁结构设计与分析

横梁的静动态特性对工件的几何精度和表面质量有重要影响,为获得具有较好静动态特性的横梁结构,在横梁材料、外部尺寸、壁厚、筋板厚度相同的条件下,仅改变筋板的类型,设计了四种横梁结构;运用有限元分析软件分别对其进行静力学分析和模态分析,得到了四种横梁的最大位移变形量和前六阶模态频率及振型;结果表明:V型结构横梁的总位移变形量最小,为27.6μm,一阶模态频率为102.2Hz,具有较好的静动态特性,是最优设计方案;为横梁的结构设计提供了理论依据。     

某车载毫米波雷达组件热设计与参数优化

为实现毫米波雷达组件高效可靠的散热,根据前端电讯热控需求,文中提出均温板–翅片一体化风冷热控结构设计方案,并采用仿真设计软件对热设计方案进行了分析和仿真优化。研究结果显示：组件各芯片温度均在安全温度以下,发射芯片的最高结温（最高温度）为141.1?C,与传统风冷散热器相比,采用新型风冷散热器可使芯片最高温度降低9.8?C,强化散热效果明显。此外,也对风冷散热器结构参数和界面接触热阻进行了分析,确定均温板翅片高度30 mm、翅片间距3 mm为该热设计的优选方案。该研究结果可供高效风冷散热和毫米波组件热设计工程应用参考。     

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。     

基于热力耦合的镶嵌式机械密封端面变形分析

以镶嵌式机械密封为研究对象,通过受力分析和热传导方程,将热、力两个物理场进行耦合求解,建立机械密封动环组件热力耦合仿真模型。基于热力耦合模型计算不同应力情况下端面变形量和不同过盈量下的结合面接触应力、端面变形量,并分析动环厚度对端面温度场、应力分布以及端面变形量的影响。结果表明,热应力对端面变形的影响大于结构应力,故不能忽略热应力对机械密封组件的影响;动环过盈量增大使得端面变形量和结合面接触应力逐渐增大,动环厚度的增大使得最大温度呈下降趋势,最高温度出现在动环内径处,端面间隙由收敛型转变为发散型。因此,在对机械密封结构进行设计时,采用较小的过盈量和动环厚度,可以减少动环端面的变形量。     

内置微通道T/R组件壳体设计及试验研究

为了降低界面热阻对微通道散热性能的制约,提出了一种组件壳体内置微通道散热单元的设计架构,以满足新一代高功率芯片T/R组件的热控需求.对内置微通道的传热特性进行数值仿真分析,优选出最佳结构参数组合.基于优选设计参数,整合UV-LIGA微细加工技术、精密扩散焊接技术及微组装技术,完成内置微通道散热单元T/R组件的模拟样件研...     

高功率TEA CO2激光器的双波长免调切换结构

为在一台激光器上切换输出10.6/9.3μm两种波长高能激光,采用输出镜镀膜选支方法获得了9.3μm单谱线输出,其脉冲能量与原10.6μm波长基本相当.设计出双波长密闭免调切换输出结构,利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对该结构的切换移动平台组件进行了静力学、热应力及热力耦合分析,并基于Matlab...     

龙门加工中心十字滑座结构热态性能分析与改进方法研究

龙门加工中心十字滑座是连接滑枕和横梁的一个重要部件,其受热变形将直接影响主轴的移动进给精度。在对十字滑座Y向电机板温度以及滑枕下端热变形实验测量的基础上,建立了基于ANSYS有限元软件系统的十字滑座热态性能分析和热力耦合分析模型并进行了计算分析,得到了十字滑座及滑枕的稳态热变形状况,分析了十字滑座在单侧热源作用下对滑枕变形的影响。根据分析结果提出了电机板结构优化改进方案,实验结果表明提出的改进方案使机床的热态性能有明显的改善。     

高速面铣刀设计模型的热力耦合评判方法

基于热力耦合场分析评判高速面铣刀的设计模型。依据需求层次理论,给出高速铣刀性能层次结构,提出高速铣刀性能评判方案;针对高速可转位铣刀串联系统的失效特征和高速铣刀动平衡精度要求,确立高速面铣刀的基本结构,采用均匀试验设计方法获得铣刀组件材料设计方案,构建高速铣削铝合金直径为63mm的面铣刀设计模型;进行高速面铣刀热力耦合场分析,研究铣刀组件材料和转速对其最高切削温度、最大等效应力和刀片位移的影响,评判和优选出可用于高速铣削铝合金的高速面铣刀设计方案;通过高速面铣刀切削铝合金试验,利用铣刀动平衡精度、安全性、切削效率和已加工表面粗糙度试验结果,测试铣刀的高速切削性能满足高速切削要求。     

龙门加工中心移动横梁关键结构设计与优化

龙门加工中心移动横梁承受滑座、滑枕等零部件的重量及自身重力的情况下产生弯曲变形,为降低横梁受力变形量和提高横梁静动态特性,采用两种方法对横梁进行优化设计。设计了8种横梁筋板结构及对横梁上导轨面悬臂支撑结构进行了优化设计,运用有限元分析软件对横梁进行了静力学与模态特性分析,得到横梁结构总形变位移量和前六阶振型频率。结果表明,因横梁自重引起的变形占总变形的45.1%;"井"型结构设计最优,其总形变位移量降低了8.98%,质量减轻了329kg,一阶固有频率提高了2.40%,具有良好的静动态特性;筋板结构设计的作用主要体现在减轻横梁质量上,上导轨悬臂支撑结构倾斜设计的作用主要体现在减小横梁弯曲变形上,两种方法的结合使用可有效提高横梁性能。     

基于三维耦合热保护仿真技术的机舱热害分析及优化

针对某乘用车发动机舱内散热器的风扇罩受高温烤化问题,运用流体软件STARD CCM+和热分析软件Radtherm进行了三维耦合热保护仿真分析.通过优化前舱布置及隔热罩设计,有效地解决了风扇罩的热害问题.试验结果表明,优化方案的仿真误差在10％以内.     

双螺杆压缩机热力结构特性分析

针对双螺杆压缩机在实际工作过程中的热力变形结构特性问题,以双螺杆压缩机的阴、阳转子为研究对象,考虑转速对螺杆压缩机工作性能的影响,采用间接耦合方法通过插值技术将温度场作为体载荷施加于阴、阳转子,并进行热力耦合数值模拟分析。通过求解阴、阳转子静平衡方程,对螺杆转子在静力场、稳态温度场和热力耦合场进行模拟分析对比,得到螺杆转子的应力、变形分布规律。研究结果表明:在静应力场下,阴转子的变形量大于阳转子,且静应力的仿真与耦合场下仿真差异明显。在双螺杆压缩机工作过程中,热变形是转子变形的主要原因,且轴向的变形量最大,热分析和热力耦合情况下转子的变形趋势相同,且在耦合场下阴转子的齿面变形较大。     

桁架式拔管机器人导轨梁热力耦合变形规律和动态特性的有限元分析

服务于大型离心铸管机的桁架式拔管机器人,由于行程大、负载重,其动态特性和静态特性对精度有重要影响.应用有限元法,对大跨度X向梁的热力耦合静态变形规律进行了分析并对结构做了优化,分析了 Y向梁的热力耦合静态变形规律和动态时域响应.结果显示:优化后的X向梁热力耦合最大变形量约为0.15 mm,是原方案变形量的3％;Y向梁的...     

基于ANSYS的曲轴磨床床身的动态性能分析

运用SolidWorks软件建立数控磨床床身模型,导入ANSYS分析软件分别进行静力学和模态分析。根据分析结果,对床身壁厚、掏沙孔形状及筋板布局等结构进行优化设计。综合各结构优化方案,优化后的床身体积增加1.199%,最大变形可以减小52.034%,第一阶固有频率提升21.478%。     

多姿态变化相机中CCD焦面组件的热设计

为保证CCD器件处于较小的温度波动范围,针对具有多姿态变化特点的空间相机,进行了CCD焦面组件热控系统的设计.根据具有不同温度膨胀系数的材料遇热变形不同的原理,设计了该热控系统的关键部件-热开关.基于轨道分析计算所得到的地球阴影数据和太阳矢量方向变化的情况,考虑了相机本体的遮挡关系,并结合相机姿态变化的特点,提出了由热开关控制双辐射板散热的方案,对此热控系统进行了具体的热设计.利用TMG软件建立相机的热模型并进行了计算机仿真.结果显示,仅采用被动热控措施的CCD焦面组件温度波动为12.34 ℃,而同时采用主动、被动热控措施后温度波动减小为1.73 ℃,满足热控指标的要求,表明热设计合理、有效.     

加压转鼓过滤机滤叶的有限元分析及结构优化

PTA生产工艺中加压转鼓过滤机的滤叶有一面属于多孔结构,在较高压力情况下可能存在应力超标的问题。对滤叶进行有限元分析,重点研究不同结构设计下滤叶的强度和变形问题。针对多孔结构的应力集中问题采取应力线性化方法。通过结构静力学分析分析滤叶在无支撑筋板和有支撑筋板(六种不同间距)情况的强度和变形,通过二维模型模拟优化,验证了初选方案的合理性。研究发现,在滤叶厚度一定的情况下,通过在过滤腔内部增设支撑筋板可以有效改善滤叶的应力和变形情况,发现在七种结构中,支撑筋板间距42.5 mm时,滤叶的应力和变形情况达到最小,满足了应力强度要求和变形要求。     

X射线干涉光刻光束线关键光学元件热-结构耦合分析

为了保证上海光源X射线干涉光刻光束线的稳定性,减小热变形对实验结果的影响,对X射线干涉光刻光束线的3个关键光学元件——偏转镜、聚焦镜和精密四刀狭缝进行热-结构耦合分析。首先,计算偏转镜、聚焦镜和精密四刀狭缝所承载的功率密度;然后,建立其有限元模型;最后,获得光学元件的温度场和热变形的结果。结果表明,偏转镜和聚焦镜采用间接水冷方式可有效抑制热变形,冷却后的最大面形误差分别为7.2μrad和9.2μrad。精密四刀狭缝未冷却时,刀片组件温度介于271.56~273.27℃,刀口热变形为0.19 mm,直线导轨热变形为0.08 mm;经过铜辫子冷却后,刀片组件温度降至22.24~23.94℃,刀口热变形降至0.2μm,直线导轨热变形降至0.1μm;采用影像法和接触探头法测试后,刀口直线度、平行度和重复精度均满足技术要求。偏转镜、聚焦镜和精密四刀狭缝的热变形通过间接水冷和铜辫子的冷却方式可以得到很大程度的抑制,进而保证光斑质量。     

基于ANSYS Workbench的龙门式加工中心横梁的轻量化设计

用Solid Works三维软件建立龙门式加工中心横梁结构的立体几何模型,其中横梁内部的筋板布置采用"O"型筋板,按照分析方案的设计,将三维模型导入到ANSYS Workbench中进行静力学分析以及模态分析,分别得到其静变形参数和前六阶模态振型;通过灵敏度分析得出最终设计变量,就是以横梁上下左右壁厚、中间O型筋板、后壁筋板、两边O型筋板厚度为设计输入变量;以横梁质量、横梁总变形、横梁一阶固有频率为设计输出变量,得到筋板最优尺寸参数。使其横梁结构总变形减少16.02%,1阶固有频率提高2.94%,质量减少129.9 kg,占比8.3%,实现了龙门式加工中心横梁结构的轻量化设计。     

直进式拉丝机卷筒拉拔过程热力耦合数值模拟

卷筒是拉丝机主轴箱的组成部分,其内部采用窄缝式水冷结构,对拉丝机的冷却起重要作用。为分析卷筒在拉拔过程中的变形和受力,基于热力耦合有限元理论,建立了卷筒更加精确的热力耦合有限元模型,对其第一道次拉拔时的热力耦合效应进行了数值模拟,分析了温度场和热应力场对卷筒的影响,获得了热力耦合作用下卷筒的变形规律和Mises应力分布规律。利用数值模拟方法得到的结果更符合卷筒的实际工况,为卷筒的结构优化设计提供理论参考。