基于断裂力学的立式杀菌锅全寿命疲劳分析

目的:研究一种新型立式杀菌锅在热机循环载荷下的疲劳强度,特别是在锅体出现裂纹后的剩余疲劳寿命以及影响杀菌锅疲劳裂纹扩展的因素.方法:从杀菌锅结构完好的设计疲劳寿命和有裂纹后的剩余疲劳寿命两个方面对其进行全寿命疲劳分析.采用Workbench分析杀菌和3种循环载荷下杀菌锅的力学特性;基于SGN曲线研究杀菌锅在3种交变应力下的设计疲劳寿命;基于断裂力学原理研究初始裂纹尺寸、压力、温度对有裂纹杀菌锅应力强度因子和剩余疲劳寿命的影响.结果:此类立式杀菌锅的设计疲劳寿命为5×10⁵次,满足设计需要且有一定安全余量;基于断裂力学分析得出杀菌锅裂纹尺寸寿命曲线,对含缺陷杀菌锅剩余寿命进行预测,具有一定创新性.结论:使用过程中应关注锅体内部裂纹的产生和扩展情况,可以根据试验提出的方法对杀菌锅裂纹缺陷进行强度分析和寿命预测.     

基于原位观测的糙米籽粒力学特性研究

采用原位观测结合质构仪手段,研究稻谷加工过程中糙米籽粒受挤压力时的力学-结构特性,分析了压距等因素下糙米籽粒的挤压作用过程。结果表明：糙米所受的挤压力随压距的增大而增大,在外力冲击下,籽粒内部产生抗压应力,随之产生裂纹。粳米籽粒存在脆性,先产生裂纹,在挤压力增大之后,裂纹扩展,最后籽粒断裂;籼米和连糯籽粒脆性更明显,在产生裂纹后,短时间裂纹扩展,籽粒迅速断裂;速率对粳米所受挤压峰值力无明显影响;粳米所受的挤压峰值力随籽粒含水率的上升而减小,随温度的上升而减小,裂纹数量随浸泡时间的上升而增加,籽粒破坏程度随温度的上升而增大;3种米型在相同压距和压缩速度下的受挤压峰值力为：籼米>粳米>连糯。     

橡胶果破壳力学特性试验与分析

为研究橡胶果在不同条件下静态压缩破壳力的变化规律,对橡胶果分别进行X、Y、Z 3个加载方向的剪切力、锥刺力、挤压力的静态压缩试验;运用有限元法建立橡胶果的力学模型,研究橡胶果在压缩载荷作用下应力应变情况及损伤规律。试验结果表明:橡胶果在剪切力、锥刺力、挤压力下的破壳力大小关系为F_(挤压力)F_(剪切力)F_(锥刺力);橡胶果较佳的加载方向为Y方向;试验中Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类橡胶果的挤压破壳力分别为0.548 0,0.564 5,0.715 1 kN,破壳力随着橡胶果尺寸的增加而增加;有限元分析出最佳加载方向为Y方向,与试验结果一致。     

糙米正面破碎特性与裂纹扩展规律

目的:研究碾米室中糙米破碎特性。方法:利用万能材料试验机进行糙米力学试验,通过数字显微镜观察糙米中裂纹及其扩展变化。结果:糙米受力时会经历屈服阶段与强化阶段的交替过程,直至断裂;在挤压载荷作用下,内部微孔洞处产生裂纹,裂纹的快速扩展造成了米粒破碎或断裂,在三点弯曲和剪切载荷下,糙米从支撑端底面产生裂纹,并扩展至正面;糙米的抗挤压变形能力最大、抗三点弯曲变形能力次之、抗剪切变形能力最小;与挤压载荷相比,糙米在三点弯曲和剪切载荷下的破碎强度和破碎能较小。结论:在对碾米机结构进行设计时,要尽量减少弯曲、剪切作用对糙米的影响;同等条件下,粳型糙米的力学特性优于籼型糙米。     

葵花籽仁力学特性的有限元分析

为减少葵花籽仁在收获、储运过程中的机械损伤,并为相关机械的设计提供理论依据,根据测量得到的几何尺寸与试验得到的力学参数,建立了葵花籽仁的物理模型及有限元计算模型。通过有限元分析的方法,分析了葵花籽仁在不同载荷和作用方式下的破坏形式以及变形与应力的分布规律,并将有限元仿真结果与试验结果进行对比,验证了模型的可行性。结果表明:葵花籽仁的抗挤压能力具有各向异性,其沿X、Y、Z3个方向的弹性模量分别为E_X=64.01 MPa,E_Y=23.63 MPa,E_Z=101.8 MPa。相同压力下,葵花籽仁受到水平方向挤压时破碎的可能性最大,而竖直方向破碎的可能性最小;加载方向的不同使得籽粒的破坏形式不同,竖直方向加载时易产生局部裂纹破裂,而水平和垂直两向加载时籽粒会沿子叶夹缝开裂,其中垂直向加载时有失稳的可能。     

鲜枣整果力学特性研究及其有限元分析

为预测鲜枣在收获、贮运过程中的机械损伤,对甘肃靖远产小口大枣进行整果压缩特性研究及仿真分析。通过压缩实验,获得了不同加载速率条件下（10～30 mm/min）整果在横向和纵向上的弹性模量、破裂负载和破裂相对变形量：横向分别为：8.23～9.70 MPa、227.52～305.97 N、16.07%～17.46%;纵向分别为：10.05～11.44 MPa、288.50～383.17 N、16.33%～20.12%。通过观察鲜枣破裂特征,建立鲜枣压缩力学有限元模型,比较鲜枣在横向和纵向受压的模拟值和实验值,最大差异为11.4%。结果表明：鲜枣的抗挤压能力具有各向异性（相同压力下,鲜枣横向放置时的变形量大于纵向放置;相同压缩位移下,纵向承载压力大于横向）。在验证了仿真数值可行的基础上,利用有限元法可分析鲜枣内部应力应变的分布情况。研究结果可为鲜枣的作业装备设计以及减少其机械损伤提供理论依据。     

一种具有裂纹柔性梁的振动研究

利用平板壳体单元模型，建立了一种具有裂纹悬臂梁的振动模型，通过该模型的研究，揭示了不同裂纹大小对梁振动特性的影响情况及其规律。     

无患子的压缩力学特性试验及有限元分析

为了提高无患子果壳破壳率,研究了无患子果壳破壳力学特性。首先在电子万能试验机上进行整果压缩试验,然后运用有限元法对无患子果壳的3个受力方向进行应力与应变分析。结果表明:无患子水平向、侧向、垂向的平均破壳力分别为122.08、95.13、157.24 N,弹性模量分别为49.62、40.27、50.16 MPa,平均变形率分别为13.1%、9.5%、11.4%;受力方向对破壳力、弹性模量的影响极显著;无患子果壳是各向异性的,垂向的抗压能力最强,水平向次之,侧向最小;在水平向和垂向受压时,屈服强度和变形量较大,在侧向受压时较小;有限元仿真结果与试验结果基本一致,说明所建立的仿真力学模型可以用来分析研究无患子果壳的力学特性,为无患子破壳机的设计提供了理论基础和仿真优化方法。     

甘蔗根切割力学特性研究

为研究加载速度、干燥时间、发芽情况对甘蔗根切应力的影响,利用WD-200B微机控制电子万能试验机进行单因素和正交试验。结果表明:各因素对甘蔗根切应力的影响主次关系为:发芽情况干燥时间加载速度。在加载速度为50mm/min,干燥时间7d,刚发芽时,甘蔗根的切应力最小,随着发芽情况变好,切应力先增大后减小。同一发芽情况下,随着加载速度从10mm/min增加到250mm/min,甘蔗根切应力从2.09MPa增大到2.81 MPa;在同一加载速度250mm/min下,甘蔗根切应力与发芽情况不呈线性增长关系。随着干燥时间的延长,甘蔗根切应力从2.41MPa增大到3.30MPa。本试验不仅为甘蔗根切割刀具设计提供理论依据,也为选择切割参数提供参考。     

夹带式散粮运输机垂直提升段力学模型探讨

基于夹带式皮带机物料提升段夹持力的一般数学模型,推导出为防止夹带横向移动导致物料外泄的改进模型;基于赫兹接触定理推导出弹性散粒体物料在垂直提升段物料层数(物料厚度)、物料最外层与中心(质心)所受挤压力关系的数学模型,并尝试将该模型应用于小麦散粮运输机中,通过算例验证了该模型的实用性和有效性。本模型可对现有的夹带机设计经验公式进行改良,提高计算的精度,为具体压带机分部件的设计、研究以及优化等提供一定的理论支撑,为其它相似的夹带式运输机提供研究思路和理论借鉴。     

蓖麻蒴果剥壳过程中的力学性能有限元仿真

以湘蓖一号为研究对象,通过数理统计得到了蓖麻蒴果基本形态结构的数值;采用有限元分析法建立了蓖麻蒴果有限元模型,对蓖麻蒴果顶压和中压2种方式进行过程描述和对比。结果表明:有限元仿真能很好地描述蓖麻蒴果破壳时的受力状态及破裂状态,可作为研究蓖麻蒴果剥壳的一种科学手段;在顶压或中压条件下,蓖麻蒴果破壳时的形变量均远远小于相应蒴果壳体与蓖麻籽之间的空腔距离,有足够的操作空间来实现蓖麻蒴果剥壳后蓖麻籽的完整率。     

基于有限元法易拉罐跌落过程力学性能分析

为了研究在不同跌落高度、不同跌落方式下易拉罐的应力分布及应力-时间曲线变化情况,基于有限元法对易拉罐在跌落过程中的力学性能进行了分析。结果表明:随着跌落高度的增加,易拉罐与地面接触部位的应力逐渐增大,且应力分布区域呈扩大状态。跌落方式不同,易拉罐所受应力、应力分布区域不同,易拉罐所受应力区域的大小与易拉罐跌落角度的大小并不成正比关系。     

平面连杆机构力学特性研究

以机构学原理为基础,分析了平面连杆机构的运动学特性。通过数字化建模与动态仿真技术,建立功能型曲柄—摇杆机构仿真模型,获得了运动学设计参数。利用Simulation模块动态载荷无缝输入方式定义有限元模型边界条件,方便快捷地实现了单个构件和不同组件的应力及形变分析,有效提高了静力学分析的精度与可靠性。利用模态分析,计算出了曲柄—摇杆机构在极限位置的固有频率与振型,并在ANSYS环境下实现了极限位置处的模态特性优化,机构的抗振性能明显提高,有效改进了曲柄—摇杆机构的动力学特性。     

基于随机网络理论预测针刺非织造布的垂直渗透率

为预测针刺非织造布的垂直渗透率,建立了一个基于随机网络理论的垂直渗透率预测模型,并进行了实验验证.结果表明:在材料面密度较小时模型预测值与实验值较符合,但在材料面密度较大时模型预测值略低于实验值,说明该模型适合于预测薄型针刺非织造布的垂直渗透率.     

Finite element modelling the mechanical performance of pressure garments produced from elastic weft knitted fabrics

Compression garments mainly produced from elastic knitted fabrics have attracted many attentions due to their medical care performances. Components’ characteristics of the pressure garments such as yarn and fabric structure affect significantly the pressure applied on the human body. In this paper, it is aimed to simulate the effect of yarn’s mechanical properties as well as fabric structure on mechanical performance of the compression garment. For this purpose, a precise geometrical model for fabric structure is needed by which the pressure applied to the body could be predicted. Accordingly, double jersey knitted fabrics containing elastane weft yarns were produced on an electronic flat knitting machine and the fabric tensile properties were measured in course direction. Using equations governing the fabric structural unit-cell, a real geometric model was created in a finite element software environment. Considering the linear visco-elastic properties for elastane weft yarn, stress-strain curve was extracted. The results obtained from numerical simulation were compared with the experimental data in order to validate the proposed geometrical model. The findings demonstrate a good agreement between experimental and simulation results.