8—21节点三维等(次)参元

SAP程序的三维元有8节点元和8—21可变节点等(次)参元两种。在用8节点元解实际问题时,感到一些困难和不足,即: 1.由于插值函数阶数较低,不能很好反映单元厚度方向的高次应力分布。 2.对应力集中区,缺乏疏密过渡的能力。 3.不能很好反映复杂的几何边界形状。 4.厚度较薄时,会引起数值计算困难。     

有限元网格的圆角过渡特征提取及网格修改

根据过渡曲面的曲率特性，提出了一种有限元网格的圆角过渡特征提取及网格局部修改算法。通过曲率估算、过渡区域圆弧识别和圆弧分组等步骤，计算出一系列截面轮廓线来描述圆角过渡特征，同时将过渡区域网格从模型中提取出来。直接调整圆弧半径，快捷、准确地修改网格模型中等半径及变半径过渡区域网格。应用该算法，能够在有限元网格模型中直接修改零件或模具的过渡圆角形状，提高设计与CAE分析的效率。     

基于节点生成技术的斜齿轮啮合特性分析

齿轮传动应用广泛、故障率高,因此对齿轮副的啮合特性进行分析非常必要。介绍了使用ANSYS APDL语言节点生成技术建立斜齿轮有限元模型的方法,并运用此建模方法进行实例计算分析。通过接触分析明晰了一对轮齿啮合过程中应力和应变的分布规律,并进行齿根过渡圆角半径的参数影响分析,结果表明,齿根弯曲应力随齿根圆角半径的增大而减小。     

车体垂弯振型节点位置对其弹性振动的影响

根据车体的结构属性和质量分布将其考虑为多段变截面欧拉梁,建立包含车体一阶垂弯模态的车辆垂向动力学模型,研究车体一阶垂弯振型的节点位置对高速列车振动舒适度的影响,提出改善车体弹性振动的措施。基于变截面欧拉梁模型分析车体各截面的质量和抗弯刚度分布对模态振型的影响,发现不同截面之间的抗弯刚度和质量分布对整体模态振型影响显著,提高车体中部结构的抗弯刚度并减小其质量,可以增大节点间距和提高模态频率,而传统均直等截面梁模型则不能准确描述振型的幅值和节点位置。采用频域分析方法计算车辆在轨道随机激励下的振动响应,将车体垂弯振型节点调整到转向架二系上方附近时,车体的弹性振动水平显著降低,在车速为300 km/h时车辆舒适度指标可降低50%。     

几何约束驱动的可重构位移子群建模理论

提出基于位移子群的构态重构理论模型,由此探讨约束驱动的空间变胞运动链连续衍生设计策略。通过结合机构构态含拓扑与功能两方面变化特性分析,定义变胞机构中可重构特性的内涵,并将其封装进变胞结构单元,即变胞单元,依据此构建空间运动链构态特性的约束模型,分别构建构态约束矩阵与构态约束特征图,分析约束驱动生成运动链群的构型思想。具体是通过分析子群元素组合对应的构态变化,讨论约束作用性质与子群组合规律,确定几何约束引导单元的交、并运算规则,得出子群约束模型理论,驱动构态方案变化时对应的约束规则与方案衍生过程。深入研究构态约束图对空间变胞链中的拓扑与功能特征尤其含自由度特征的作用机制及约束操作规则、子群运动子集的组合规律,使得变胞运动链的设计转化为子群构态约束特征中元素的改变问题,由此构建变胞机构的多构态结构模型向约束驱动几何模型映射的建模方法,为变胞运动链群的构型方案自动生成与设计提供理论支持。     

变截面格构式结构轴压临界力的高效分析方法

变截面格构式结构为工程实际中常见的复杂杆系结构,为高效、准确地分析其轴压稳定性问题,利用三次样条函数建立变截面格构式梁单元的位移场,基于有限元插值理论推导变截面梁单元的切线刚度矩阵.通过静力凝聚法消除单元节点的曲率自由度,获得一种全新的两节点变截面格构式梁单元.基于该新型变截面格构式梁单元,采用有限单元法研究悬臂变截面格构式结构和中间等截面两端变截面的组合格构式结构在典型约束下的失稳临界力,并将计算结果与Timoshenko精确解进行对比.结果 表明,推导的变截面格构式梁单元是正确的和有效的,该新型梁单元可高效的应用于变截面格构式结构轴压临界力分析.     

MEMS中梯形变截面梁优化设计

MEMS器件结构设计影响传感器的性能。为了提高加速度计系统稳定性,选用梯形变截面梁减小应力集中,同时将检测方向刚度和非检测方向刚度差值最大,减小交叉灵敏度并提高工作稳定性;为使系统动态特性达到最佳,选用合适的阻尼比ξ,计算出梁检测方向理论刚度。建立梯形变截面梁的力学模型,得到梯形变截面梁刚度方程,并给出了梁的强度。梯形等截面梁和梯形变截面梁同等刚度条件下,变截面梁质量稍微增加,但危险截面处应力大幅下降。     

变截面吊车梁静动态特性的有限元分析

针对某钢厂36m跨度梯形变截面吊车梁,应用有限元分析软件ANSYS对吊车梁进行静态分析,了解吊车梁的变形和应力分布状态,找到梯形变截面突变处的应力集中点,捕捉到变截面突变处疲劳裂缝产生的位置与实际工况相吻合;通过模态分析,提取了吊车梁前六阶固有频率及其所对应的振型图,确定了吊车梁的弯曲刚度和扭转刚度的分布情况;通过谐响应分析,了解吊车梁在受外界激励作用时各阶频率下的变形情况,得到共振可能发生的频率区间,避开共振效应。     

梯形变截面梁蟹腿加速度计系统设计

结合蟹腿加速度计系统动态响应、稳定性和灵敏度对支撑梁刚度的要求,设计并优化了一种梯形变截面梁,满足加速度计的不同方向刚度要求。建立加速度计的动力学模型,得到系统动态响应性能参数与梁刚度关系;建立梯形变截面梁纯弯曲的数学模型,推导出梯形变截面梁刚度和尺寸关系;分析强度对尺寸要求;通过对加速度计系统稳定性和灵敏度分析,对梁结构提出了要求。在非检测方向同等刚度条件下,梯形变截面梁与等截面梁相比,危险截面处应力相当而检测方向刚度减小,系统灵敏度提高,提高系统动态输出特性,质量大幅减轻。     

数据驱动的指定变形非均质多胞结构优化设计

针对包含大量异质微结构的非均质多胞结构设计难题,提出了可指定结构变形方式的多胞结构宏微观优化设计方法。该方法在宏观结构设计中采用梯度类方法优化属性分布,引入可行性约束保证微结构确实存在,在微结构设计中引入数据驱动的方法,利用深度学习实现微结构逆向设计并映射到宏观结构,同时采用微结构偏移和兼容性算法解决相邻微结构连接不兼容的问题,最终通过指定变形问题的多个数值算例验证了该方法的有效性,并讨论了单元尺寸、微结构偏移次数以及微结构映射密度对结构性能的影响。建立的多胞结构设计方法引入数据驱动方法和考虑了微结构连接兼容性要求,成功实现多样化指定变形的非均质多胞结构优化设计。     

Doo-Sabin细分曲面的圆角算法

给出了常用旋转曲面的细分表示方法并以此提出了Doo-Sabin曲面的圆角算法。首先根据给定的圆角值插入圆角线并重新进行特征标识和权值分配,产生新的控制网格,再用改进的Doo-Sabin模式细分,从而生成有圆角特征的细分曲面。即使多条圆角边交于一点且采用不同的圆角值,也能得到G1连续的过渡曲面。本算法可以实现多面体曲面的等半径圆角过渡;对一般曲面,也可以取得较好的过渡结果。     

星轮轴的有限元分析

星轮轴是蜗杆压缩机的主要部件之一,利用有限元方法分析其特性。首先对其进行静力学分析,仿真结果表明星轮轴满足强度和刚度要求;利用有限元法进行残余应力和弯曲应力分析,得到了最大法向应力分布规律和沿指定平面的SWT等效应力分布规律;最后对星轮轴进行了模态分析,得到了其前六阶固有频率和振型。     

叶根倒角对跨音轴流压气机气动性能的影响*

为了获得叶根倒角对跨音轴流压气机气动特性影响规律,研究充分考虑了加工工艺及气动影响两方面,用倒角半径及最小角度两个参数确定倒角几何。研究基于Rotor37分析倒角参数对叶片几何的影响,并从整体性能及内部流场细节两方面对转子气动特性变化进行详细分析,获得了倒角参数变化对气动性能的影响规律。研究结果表明,相对于最小角度,倒角半径是影响转子性能的主要因素;倒角的存在不仅使得叶片根部马蹄涡的分布发生改变,且影响了出口通道涡的强度和尺度。此外倒角存在改变了叶根处的压力分布,使得前缘来流附面层有所增厚,导致根部的做功能力及转子性能下降。     

齿轮-转子系统的振动特性分析

根据转子动力学和齿轮啮合的基本原理,建立了考虑陀螺力矩的齿轮转子系统的动力学模型,以此求得齿轮转子啮合刚度矩阵和阻尼矩阵。探讨了啮合刚度、支承刚度对系统固有频率以及系统稳定性的影响。结果表明齿轮的啮合刚度对弯曲振动以及弯扭耦合振动固有频率的影响不大,而当啮合刚度介于2×105~2×108之间时,对弯扭耦合振动的相对稳定性却有较大的影响;另增大支承刚度,固有频率相应提高;减小跨距可以提高系统的稳定性。分析结果对工程应用具有重要的意义。     

微结构表面展开轮摩擦磨损特性与仿真研究

为了提高AVIKO系列钢球检测系统中展开轮的服役寿命及检测精度，在增大表面摩擦因数的同时减少磨损，将表面微结构应用于展开轮，研究其摩擦磨损特性。利用激光在试件周向外表面加工三种不同直径参数的凹坑微结构，并用自主设计的摩擦磨损试验机进行试验，得到摩擦因数与磨损量，通过数值模拟得到应力分布图和磨损深度图，与光滑表面试件进行对比和分析。结果表明，在干滑动摩擦条件下，微结构表面试件均比光滑表面试件的摩擦因数更大且磨损量更小，微结构表面通过改变应力分布和分散磨损点位置减少了磨损并提高了耐磨性。所建立的数值模拟磨损模型可用于预测微结构表面磨损深度，为微结构表面展开轮的寿命预测提供了基础理论。     

刚性飞轮转子-基础耦合系统的径向振动分析

以600Wh飞轮储能系统为研究对象,建立转子-基础系统的径向耦合动力学方程,通过数值积分法分别分析了不同飞轮转速对基础振动的影响和不同基础径向支承刚度对飞轮转子振动的影响,并采集了飞轮储能系统某一转速下的试验数据,与仿真结果对比,验证仿真结果的准确性。结果表明:定转子在平动和倾斜运动过程中都会受到转子固有频率,定子固有频率,不平衡量三个主要激励,改变飞轮转速或基础径向支承刚度会影响三个激励对应的频率分量和幅值。     

裂纹转子识别中Wigner-Ville分布与小波变换的比较

建立基于简单铰链裂纹模型的裂纹转子瞬态响应的动力学模型，得到裂纹转子与无裂纹转子的数值仿真解，比较裂纹转子与无裂纹转子Wigner-Ville分布和小波变换时频特性的不同。数值仿真进一步对比研究Wigner-Ville分布和小波变换对刚度变化的敏感性，并讨论质量偏心和质量偏心角对Wigner-Ville时频特性与小波时频特性的影响，为工程实际中裂纹转子的识别提供依据。     

Diffractive elements for imaging optical systems

The problems and prospects of using diffractive elements with a sawtooth relief-phase microstructure in imaging optical systems are analyzed. Particular attention is paid to minimizing the adverse side effect of diffraction orders on the quality of the image formed by an optical system with a diffractive element due to the change-over from single-layer microstructures to structures containing several layers and reliefs. Requirements are formulated for the design parameters of the microstructure and operating conditions of diffractive elements in optical systems that ensure no visible halo caused by adverse diffraction orders. It is shown by a number of examples that the use of a diffractive element in a plastic-lens imaging optical system corrects chromatic aberrations and provides high resolution in the generated image.     

船用汽轮机转子盘轴耦合振动特性研究

基于小长径比建模理论,建立了盘轴耦合转子的有限元模型,并对采用工程实际的斜切方式和轮盘单元等不同建模方法下船用汽轮机转子的振动特性进行了分析,给出了较为系统的、适用于小长径比、短粗转子等结构的建模方法对转子系统振动特性的影响规律。不同的建模方法会对转子盘轴耦合振动特性计算结果有显著影响。轮盘单元会使得转子轴承系统出现附加的振型,表现为轮盘与转轴的耦合模态振型,轮盘单元建模的计算方法能准确描述盘轴耦合转子的振动特性。研究结果表明,对于厚度较大的轮盘,轮盘对转子耦合振动的影响较小,工程常用的斜切建模会引入附加刚度,引起较大求解误差,且这种误差随着轮盘厚度的减小而逐渐降低。     

基于瑞利-里兹法的低翅片管固有频率数值解

针对低翅片管几何形状复杂,质量和刚度分布不均匀,振动特征值不能有封闭解的问题,采用瑞利-里兹法对低翅片管的固有频率进行了数值研究,获得了低翅片管弯曲振动固有频率的数值计算模型。对于一定规格的低翅片管,应用该数值计算模型可求得其各阶固有频率的数值解。采用共振法测试了低翅片管的固有频率,前三阶固有频率的数值解与实测值相比,误差范围为-3.28%--3.51%。该数值计算模型可用于低翅片管固有频率的求解。