数控机床整机动态特性测量技术及其应用项目1:数控机床动力学设计缺陷定位技术研究

机床的动态特性决定了机床切削的能力、机床切削的精度,是影响机床性能最为重要的特性。在加工状态下获得机床整机动力学测试结果,是建立机床数字化虚拟样机、评价机床各主要部件动态性能、发现设计缺陷、结构设计优化和机床性能监测的前提。本项研究基于贝叶斯运行模态分析法(BOMA)对加工状态下的机床整机进行动态性能测试与模态识别,获得整机的模态参数,包括固有频率、模态振型以及阻尼特性等,并对信噪比水平进行评估。通过对模态识别结果进行分析,结合加工过程中机床的动力学测试结果,对机床结构动力学设计的薄弱环节进行精确定位;并进行了相关实验研究,对改进后的机床动力学特性进行了测试,验证了本项研究中方法的有效性。     

基于LMS Test.Lab的电磁作动器振动测试与分析

作动器的动态特性对振动主动控制起着关键的影响作用。针对电磁作动器的频响特性进行研究,建立了典型线圈电磁作动器的力学模型,并通过LMS Test.Lab测试系统对两款性能不同的电磁作动器进行了频响测试和研究。     

准静态方法在大型飞机机翼盒段静力破坏分析仿真中的应用

机翼盒段结构静强度问题复杂,开展盒段承载特性研究,对机翼结构精细化设计、重量优化及降低研制成本等具有重要意义。借助显格式技术,考虑材料非线性及损伤特性,在准静态限制内对典型的机翼盒段试验件的静力加载破坏过程进行了分析仿真。分析得到的盒段应变分布及破坏强度均与试验结果吻合度较好。研究结果为评估飞机装配结构的极限强度提供了一定参考。     

汽车地板踩踏性能分析与优化

建立汽车地板分析模型,采用Abaqus非线性静强度加载特定载荷对地板不同区域进行分析,快速初步评估地板踩踏性能,并确定需要屈曲分析的局部区域。然后对此局部区域采用非线性屈曲分析,证明地板在屈曲区域为非缺陷敏感型结构,并精确评估地板临界屈曲载荷。将分析结果与试验结果进行对比,位移误差在10%以内,仿真临界屈曲载荷位于试验屈曲载荷区间内,证明仿真模型的正确性和可靠性。根据地板屈曲特性提出有效优化措施,即更改筋的布置与参数,并用非线性静强度分析对优化方案进行快速验证,结果表明优化方案踩踏性能较好。     

长航时飞行器多元件随机失效模型与损伤评估

为评估飞机服役过程中出现的多元件损伤，根据元件疲劳特性建立了随机失效模型，基于元件失效寿命计算广布疲劳损伤平均行为，从而确定飞机检查修理时刻。通过五隔框机身段算例验证所提模型的有效性，研究模拟次数及概率分布模型对多元件损伤结构检修时间的影响。根据七隔框机身段疲劳试验结果进行多元件损伤评估，给出结构检查修理时刻。结果表明，评估结果与算例数据吻合良好，正态回归模型能够更好地模拟结构失效特性。     

基于电磁超声的建筑用Q345钢冷塑性损伤检测

分析了表面波引起的结构钢非线性塑性响应性能,构建得到应力应变、塑性损伤与超声非线性系数的相互作用关系,实现对材料力学特性与使用寿命进行评估的过程.通过CMT-5205微机实现电子万能拉伸机的运动控制,将加载到不同应变程度的标准试件进行卸载后再对其实施非线性电磁超声测试.研究结果表明:应变达到7％以下试件塑性损伤程度提高...     

异步风力发电机电磁噪声数值计算与试验验证

发电机噪声涉及电磁、结构与噪声,是典型的多物理场耦合问题,数值分析上具有一定的挑战。通过电磁、结构及噪声多物理场耦合数值模拟,快速实现发电机电磁噪声的预测,并通过试验验证数值模拟结果准确、工程可接受,为异步发电机产品噪声性能优化改进提供理论依据与工程降噪指导工具,从而有效缩短产品研发周期。     

基于贝叶斯运行模态法的外圆磨床动力学模态参数识别

磨床的动态特性决定了机床磨削的能力、机床磨削的精度,是影响机床性能最为重要的特性。在加工状态下获得机床整机动力学测试结果,是建立机床数字化虚拟样机、评价机床各主要部件动态性能、发现设计缺陷、结构设计优化和机床性能监测的前提。研究基于贝叶斯运行模态分析法（BOMA）对加工状态下的机床整机进行动态性能测试与模态识别,获得整机的模态参数,包括固有频率、模态振型以及阻尼特性等,并对信噪比水平进行评估。     

基于AMESim的大型飞机液压能源系统热特性仿真分析方法

针对飞机液压系统分布广泛、结构复杂、工况多、环境变化大而难以通过试验进行系统温度特性的验证难题,提出通过基于AMESim软件的计算机仿真手段进行飞机液压系统系统级热特性分析的方法。在对飞机液压系统典型元件进行发热与传热分析的基础上,完成了元件级的热仿真模型建模。以某大型飞机为例,进行了飞机平台散热条件的划分与设置,从而搭建了系统级的飞机液压能源系统热特性仿真模型。对于提高大型飞机液压能源系统的设计、评估、优化等的效率具有实际意义。     

快速网格变形技术在车身开发流程中的应用

轿车白车身的性能直接影响着整车性能,其质量的控制对整车油耗等性能都有显著的影响。传统的白车身开发流程以线框结构及截面设计为起点,设计出CAD数据后通过CAE校核反馈,再优化设计。此流程在起步阶段缺乏合理的性能预测评估手段,且开发时间长,潜在的设计缺陷往往导致后期优化工作巨大。本论文提出车身开发流程起点的全新思路:结合快速网格变形工具及多目标灵敏度优化分析软件,能对现有平台快速变形出贴合早期造型CAS面的目标车型,进而能获得包含详细工艺特征的准确模型,再利用多目标灵敏度分析工具准确获知重要结构设计方向,进而能在整车开发流程的起点阶段较准确获知并优化车身结构各项性能、车身质量,为项目决策提供可靠的指导。     

摩托车车架的动态特性分析及减振优化研究

车架是摩托车的关键部件,它的动态特性直接影响整车的振动。通过对摩托车车架动态特性的研究,找出其动力学上的缺陷并进行合理的结构修改,以某125型跨骑式摩托车为例,建立了车架结构的有限元模型,进行了模态分析,并研究了路面激励和发动机激励对车架动态特性的影响。通过对车架结构动态性能的评估,找到了车架结构的薄弱环节,并进行了结构修改,改善了车架结构的动态特性,减少了摩托车的振动,为摩托车结构的减振优化研究提供了可借鉴的方法。     

纳秒激光薄膜损伤机理和应用研究

根据我国强激光装置建设和工程任务对强激光薄膜元件的需求,基于对薄膜损伤机制的认识,同济大学提出了“全流程定量化”控制缺陷制备激光薄膜的思路。同济大学利用结构、性质可控人工小球制作定量化人工缺陷,系统研究了基板加工、超声清洗、电场模拟与调控、镀膜材料与工艺选择、镀后后处理、激光预处理、传递与保存等因素对薄膜元件激光损伤特性和损伤规律的影响。从损伤形貌和损伤规律上证实了节瘤缺陷电场增强理论模型的正确性,促进了研究人员对节瘤缺陷损伤机制的认知深度,提出了提升薄膜损伤性能的新途径,创建了新材料,实现了可兼顾环境稳定性、光谱特性和损伤特性的多功能强激光薄膜制备,有力支撑了我国强激光装置建设和激光技术的进一步提升。     

基于热压罐工艺的电磁防护复合材料机箱研制

针对武器装备减重和电磁屏蔽设计需求,文中采用镀镍碳纤维和碳纤维增强复合材料作为机箱主材料,配合层间电磁增强和缝隙、搭接等部位的电连接设计,利用热压罐成型工艺制备了电磁防护复合材料机箱。按照GJB 151B-2013 的相关要求对机箱的电磁兼容性进行了测试, 测试频率范围为30MHz ~18 GHz, 并验证了所用成型工艺的可行性。测试结果表明,与相同结构的铝制机箱相比,该机箱质量降低了31. 4%,其电磁兼容性满足RE102 辐射极限值要求。采用该工艺制作的碳纤维电磁防护机箱具有质量轻、强度高、成型快、成本低、屏蔽性能好、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。     

Lamb波与缺陷相互作用的散射特性研究

结构健康监测和无损检测目的是缺陷的识别和定位分析。对于超声导波缺陷检测,关键是要探讨导波与缺陷之间相互作用时的散射特性。利用边界元和模态扩展相结合的方法(BEM-NEMT),本文探讨Lamb波与不同类型缺陷间相互作用的散射特性。在此基础上,详细讨论了分析模型缺陷的尺寸和锐度、不同激发频率和入射模态、缺陷的几何对称性等对Lamb波散射特性的影响,分析结果可为各零部件(如内燃机)缺陷的识别、检测模态和频率的选取提供依据,降低研制周期和成本,从而提高产品性能、功能得到一定的价值效果。     

多通道低频电磁传感器的仿真及优化

针对金属板构件内外壁损伤的检测问题,通过数值仿真与试验优化的方法,研制了一种适用于金属板构件内外壁损伤缺陷检测的多通道低频电磁传感器。建立了低频电磁检测三维有限元仿真计算模型,研究当圆形线圈切向放置在金属板导体上方时对缺陷的检测能力。进行对比试验,优化激励线圈匝数、检测线圈内径、高度等影响传感器灵敏度的参数,通过对含有人工缺陷金属板的检测验证了传感器的灵敏度与实用性。结果表明,研制的多通道低频电磁传感器可以实现对?12 mm埋深9.6 mm的304不锈钢缺陷及?12 mm埋深8 mm的20#碳钢缺陷的有效检测。     

基于某工程车辆车架疲劳寿命分析方法研究

采用试验测试与仿真分析相结合的方法,从仿真分析模型的建立、实际载荷谱数据的获取、材料S-N特性曲线的试验、疲劳寿命分析流程搭建及分析等方面建立一套针对工程车辆车架疲劳全寿命分析与评估方法,并获得车架疲劳寿命分布与危险点的寿命值,为结构优化提供依据,也为后续开展疲劳寿命分析提供了一个标准化流程。     

一种新型电磁真空泵的优化设计

针对传统膜片式真空泵质量大、成本高的缺点,提出了一种由电磁执行器直驱的两级串联膜片式真空泵,并验证了其具有良好的抽气性能。利用Matlab/Simulink建立了电磁真空泵的仿真模型,结合仿真模型分析及样机性能测试,确定模型参数,验证了模型准确性;结合插值法与有限元法建立了簧片阀刚度和结构参数之间的关系式,并根据簧片阀结构建立了等效质量和结构参数之间的关系式;在此基础上,以真空度最大为目标,利用遗传算法进行簧片阀组的协同优化。结果表明:电磁真空泵样机优化后抽气性能提升了37%,优化后的抽气性能良好,30s内真空度可达66.9kPa,为后续电磁真空泵的研究提供了参考。     

离合器操纵机构扭转弹簧参数优化

为了评估某品牌汽车离合器性能,构建了离合器系统台架测试平台,通过模拟离合器系统在整车上的安装状态进行测试,得到踏板特性曲线及相关试验数据。针对台架测试中出现最大踏板力过大、预紧力过小、踏板下降力过小等问题,对离合器操纵机构进行力学建模,并分析影响离合器性能的相关因素。从工程实用的角度提出优化扭转弹簧的结构参数来改变踏板力学特性,保证离合器系统满足性能要求。对扭转弹簧进行运动分析并建立其力学模型,以扭转弹簧能够达到最大助力效果为原则,优化扭转弹簧安装角度;根据离合器设计约束条件,以扭转弹簧疲劳安全系数最大为目标函数,优化弹簧线径、中径、臂长和圈数等参数。将改进后的扭转弹簧重新装入踏板总成,通过测试平台验证了优化方案的可行性和合理性。     

用自制总积分散射仪进行SiC基底表面改性效果评估

根据总积分散射理论和工程需要自制了半球式总积分散射仪,并应用其对SiC基底表面改性的效果进行检测和评估。其优点是操作简单,方便快捷,不接触样品,对表面无损害。通过对测试数据的分析和与分光光度计的对比可知,从散射特性角度对SiC基底表面改性效果进行评估是合理有效的,该总积分散射仪的测试结果是准确可靠的。     

飞机典型连接结构多位置损伤实验设计及验证

适航要求飞机设计商需评定广布疲劳损伤(WFD)建立有效性限制(LOV),以保证飞机服役期间结构不会发生WFD而导致灾难性事故.采用三维有限元分析多位置损伤(MSD)敏感结构,通过优化试样尺寸、合理选择铆钉和螺钉,设计了搭接、对接两类共线8孔铆钉连接结构,使得同排共线孔孔边具有相似应力分布特征且偏心弯曲小,能够随机萌生疲劳裂纹.通过实验验证了这些结构疲劳实验均随机萌生多裂纹,并给出了这两类典型飞机连接结构的多位置损伤实验裂纹萌生和结构失效寿命的平均行为.