提速机车轴箱拉杆定位刚度敏感性分析

以我国某一提速机车为例,建立了计算模型,对其进行非线性临界速度计算,并进行直线非线性运行性能分析和曲线通过性能分析,得到机车动力学性能对轴箱拉杆定位刚度变化的敏感性,对轴箱拉杆的刚度进行优化,优化后机车的各主要动力学指标,特别是轮轨动态力有明显的降低.     

基于柔性转向架的轨道车辆悬挂参数优化

以某轨道工程车为研究对象，利用Solidworks建立转向架刚性模型，对该模型进行网格划分后，使用ANSYS和SIMPACK建立包含柔性转向架的刚柔耦合动力学模型，研究转向架弹性变形对车辆直线运行稳定性、曲线通过性能和车辆运行平稳性的影响。以轴箱定位节点横向、垂向刚度，一系悬挂横向、垂向刚度，二系悬挂横向、垂向刚度为设计变量，设计拉丁超立方试验，利用RBF神经网络和NSGA-Ⅱ算法对横向、垂向平稳性指标，脱轨系数和轮轨横向力进行多目标优化。结果表明：轴箱定位节点横向、垂向刚度为5775 kN/m、11419 kN/m,一系悬挂横向刚度、垂向刚度为6042 kN/m、7834 kN/m,二系悬挂横向、垂向刚度为152 kN/m、158 kN/m时车辆动力学性能得到显著改善。     

基于灵敏度分析的连续驱动摩擦焊机结构优化

提出一种基于灵敏度分析的焊机多工况结构优化设计方法.首先利用有限元方法对焊机整机进行静力学分析,找出床身和主轴箱为系统薄弱环节;为提高两者的刚度,对床身和主轴箱结构参数进行了灵敏度分析,根据灵敏度分析结果确定影响整机质量和柔度较大的关键尺寸,并对其进行多工况尺寸优化;对优化后的整机结构静力学分析结果表明,主轴组件径向最大变形满足焊机设计指标要求,整机静态刚度得到提高.最后,通过实验验证了仿真结果的准确性,说明此优化方法对连续驱动摩擦焊机结构优化行之有效.     

重型机床基础的参数优化

在保证重型机床基础刚度足够的前提下，应用结构优化技术，研究了以优化机床基础尺寸参数来降低机床基础浇注成本的问题。提出了二维和三维模型的机床基础优化参数及其优化方法，并用上述模型对不同负载和不同刚度情况下的机床基础进行了优化分析。应用非线性无约束的优化技术，结合有限元计算，得到良好的优化设计。     

基于ANSYS带预紧力拉杆转子模态分析

现代大型燃气轮机转子多以拉杆转子为主,拉杆转子轮盘之间接触摩擦以及拉杆预紧力等都对转子动力学特性产生影响.根据拉杆转子的结构特点,在有限元软件ANSYS中建立接触模型,考虑接触面以及拉杆预紧力的影响,对拉杆转子进行模态分析,得到其固有频率和振型.通过分析发现,拉杆转子随着预紧力的增大,其整体刚度和固有频率都有所提高.预紧力较小时固有频率上升速度快,随着预紧力的增加,固有频率上升速度缓慢.     

平纵断面设计对200km/h速度等级机车安全性和平稳性的影响

利用多体动力学软件simpack建立了200 km/h速度等级机车的动力学模型,分析了机车通过平面曲线工况、纵断面工况和平纵断面组合工况时的安全性和平稳性,并根据现行铁道机车车辆动力学性能评定规范进行评价。结果表明:机车通过平面曲线工况时,在缓和曲线段内,其动力学性能变化较大;纵断面工况对机车垂向动力学性能的影响比对横向动力学性能的影响大;当考虑轨道不平顺时,平纵断面工况下机车的安全性与平稳性指标均属优良范围。     

航空发动机刷式密封结构的动力学特性研究

为了给研究转子－轴承－密封系统提供简单而准确的密封动力特性系数表达式，对刷式密封的结构动力学特性进行了分析。从弹性理论出发，考虑轴颈和密封环之间的非线性摩擦力作用，建立了密封环与转子相互作用的非线性动力学方程，推出了密封环对转子的非线性支承刚度的近似表达式，这一支承刚度的导出为研究转子－密封－轴承系统的非线性动力学行为提供了数学模型和方法。最后用数值仿真方法验证了推导出的表达式的正确性。     

运载火箭伺服机构刚度的非线性动态特性分析

本文针对伺服机构刚度的非线性振动问题,首先建立其刚度非线性振动方程,之后根据非线性动力学原理进行非线性振动特性分析,并在matlab环境下进行相应的仿真分析,最后得到了非线性振动的运动规律以及系统参数对振动特性的影响.     

基于C_(60)结构与蛋壳结构的主轴箱轻量化设计

参考C_(60)分子和鸡蛋模型,构建了原始模型、C_(60)内嵌结构主轴箱模型、C_(60)空腔结构主轴箱模型和蛋壳仿生主轴箱模型等四种主轴箱模型.对原始模型、空腔模型和蛋壳主轴箱模型进行了模态分析和谐响应分析,得到了滑枕在不同位置时的固有频率和刚度;并用MATLAB对结果进行函数拟合和曲面拟合,比较模型的动刚度,得出了C_(60)空腔结构主轴箱模型是优良主轴箱模型的结论.     

飞轮壳结构刚度对机体NVH性能的影响

以某柴油机为例,研究飞轮壳结构刚度对柴油机机体振动问题的影响.建立发动机整机多体动力学计算模型,并对发动机虚拟样机模型进行试验验证;引入拓扑优化计算方法,以飞轮壳结构刚度最大为优化目标,飞轮壳体积比为约束条件,单元密度为设计变量对飞轮壳结构进行优化设计;并结合工程设计经验对优化后的飞轮壳模型重新建模.分析在安装新飞轮壳之后发动机机体振动和声学特性,计算结果表明,在对飞轮壳结构进行优化设计之后,机体振动问题得到了有效的缓解,辐射声功率级降低了0.3 dBA,提高飞轮壳结构刚度能够有效降低机体振动,改善机体振动、声学性能.     

板簧刚度及迟滞特性的非线性有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件的接触非线性求解功能对钢板弹簧的刚度及动力学特性进行分析,讨论了摩擦和大变形对钢板弹簧刚度的影响及摩擦对钢板弹簧迟滞特性和阻尼特性的影响.结果表明,摩擦对板簧刚度影响较小,对板簧的阻尼特性影响较大,为进行板簧的精益设计提供了参考.     

基于非线性动态特性的轴承–转子系统振动分析

随着空气静压主轴在超精密加工过程中的广泛应用,对主轴的运动精度的要求不断提高,如何准确预测和提高主轴运动精度是十分必要的。基于空气静压轴承的非线性动态特性,研究空气静压主轴的振动特性和预测模型,探索非线性动态特性分析对主轴回转精度的影响。首先,对空气静压径向轴承的动态特性进行分析,建立气膜动态流动模型,采用扰动法求解模型得到轴承的非线性动刚度与动阻尼系数。将空气静压轴承内的气膜作为弹簧阻尼系统建立轴承–转子系统,并通过动力学分析建立了轴承–转子的动态振动模型。将轴承的非线性动态特性参数引入振动模型,结合MATLAB对模型进行求解,得出了空气静压主轴径向跳动误差曲线、偏转误差曲线和径向总振动误差曲线,并通过FFT数据处理对振动进行频域分析。通过对比分析得到非线性分析对空气静压主轴径向振动误差的影响。最后,搭建了空气静压主轴径向回转误差测量试验台,得到主轴实时回转误差信号,实现轴承–转子系统的振动动力学模型分析的实验验证。从空气静压径向轴承的动态分析可以看出,轴承的动刚度和动阻尼均呈非线性变化,随着偏心率的增加动刚度不断增加,而动阻尼不断减小。从轴承–转子系统的振动分析可以看出：1）非线性分析对主轴偏角振动误差有明显影响,而对径向跳动误差的影响不明显,说明非线性分析主要通过影响主轴的偏角误差从而影响径向总误差。2）定值分析时偏角误差的最大振幅基本稳定,而非线性分析时偏角误差的最大振幅存在一个增加过程并最终趋于稳定,并且非线性分析时最大振幅明显大于定值分析时的振幅。3）在供气开始一段时间内,非线性分析与定值分析下的径向总误差基本一致,但随着时间的增加,非线性分析下的最大振幅大于定值分析下的最大振幅,说明开始供气时非线性分析对径向跳动误差和偏角误差没有造成明显影响,当供气稳定时非线性的动刚度与动阻尼会对主轴转子振动幅度产生明显影响。4）从频域上看,非线性分析最大振幅处的共振频率为964 Hz,定值分析最大振幅处共振频率为986 Hz,非线性分析使最大振幅处的共振频率有所下降。5） 非线性分析和定值分析在频率高于1 500 Hz时,转子的振幅变化都很小,说明频率大于1 500 Hz之后,转子振动比较稳定,此时气膜的振动频率与固有频率不容易发生共振。空气静压主轴回转误差实验的结果表明,基于非线性分析所得的主轴径向回转误差的误差率比定值分析所得主轴径向回转误差的误差率降低了1.43%～6.54%。因此,将空气静压径向轴承内气膜作为弹簧阻尼系统施加于转子之上可以实现轴承–转子系统的耦合振动分析,轴承非线性动态特征参数的引入实现了轴承动态性能对主轴动态振动的影响,通过基于非线性动态特性的轴承–转子系统的振动分析可以更加准确地研究和预测空气静压主轴的径向振动误差。     

框—剪结构的弹塑性时程分析

采用结构分析软件epda对某框剪结构建立结构弹塑性时程分析模型,进行动力时程分析,结构非线性地震反应分析,从分析结果可以看出, 表明该结构整体抗侧刚度较大,抗震性能较好,进入弹塑性阶段后,塑性铰分布合理,满足结构延性设计的要求.     

框架非线性分析中梁柱刚度的取值探讨

设计了分属于8度区(0.2g)和9度区(0.4g)的两榀典型框架结构.用拟三维非线性动力反应分析程序TS-EPA,对其三折线恢复力模型的第一、二刚度取值采用四种刚度取值方案进行了罕遇地震EI Centro波输入下的非线性动力反应分析.结果表明,建议第一刚度取用弹性刚度的0.9倍;当按Panagiotakos和Fardis根据1 136个试件回归出的屈服转角公式作为一、二刚度取值的基本依据时,第二剐度则按上述回归公式所给出的屈服转角的0.7倍和已知的屈服弯矩来确定.     

变截面门式刚架的几何非线性性能

基于二维等截面梁元几何非线性有限元理论,按照更改的拉格朗日列式法,推导了等截面梁元弹性刚度矩阵与几何刚度矩阵,并推广到变截面梁元;通过对刚架几何非线性性能的分析,结果表明刚架刚度、刚架高度以及水平荷载对刚架几何非线性的影响较大。     

Dynamic analysis of traction motor in a locomotive considering surface waviness on races of a motor bearing

The traction motor is the power source of the locomotive. If the surface waviness occurs on the races of the motor bearing, it will cause abnormal vibration and noise, accelerate fatigue and wear, and seriously affect the stability and safety of the traction power transmission. In this paper, an excitation model coupling the time-varying displacement and contact stiffness excitations is adopted to investigate the effect of the surface waviness of the motor bearing on the traction motor under the excitation from the locomotive-track coupled system. The detailed mechanical power transmission path and the internal/external excitations (e.g., wheel–rail interaction, gear mesh, and internal interactions of the rolling bearing) of the locomotive are comprehensively considered to provide accurate dynamic loads for the traction motor. Effects of the wavenumber and amplitude of the surface waviness on the traction motor and its neighbor components of the locomotive are investigated. The results indicate that controlling the amplitude of the waviness and avoiding the wavenumber being an integer multiple of the number of the rollers are helpful for reducing the abnormal vibration and noise of the traction motor.

     

球轴承-转子系统动特性的整体分析方法

针对轴承刚度计算精度不高的问题,求解滚动轴承内圈方程组的雅可比矩阵得到滚动轴承五维刚度,对轴承刚度特性分析表明,刚度随工况变化呈显著非线性变化.考虑转子外力和不平衡力作用于轴承的载荷变化和工况变化对轴承刚度的影响以及轴承刚度对转子系统动特性的影响,提出了滚动轴承-转子系统动态特性计算的整体分析方法,使用最速下降法结合牛顿-拉夫逊法求解系统的特征值,建立了转子失稳门槛的优化模型.对某多圆盘转子的临界转速、失稳门槛计算的结果表明:考虑轴承和转子相互作用对系统动特性的影响较为显著,优化转子直径提高了失稳门槛值.本研究为转子系统动特性的准确计算提供了方法.     

基于响应面法的机床螺栓结合部刚度辨识与动力学建模

为了研究结合部刚度参数间的耦合关系对机床结合部动态性能的影响,基于响应面函数的选型建立了广义模态固有频率与结合部动刚度耦合和非耦合的函数模型。响应面函数辨识法以结合部模态固有频率这一关键动力学性能为指标,研究了结合部动态特性与结合部刚度参数的数学关系。基于结合部单、双对节点有限元建模方式,结合中心复合实验设计方案和响应面方法理论,分别对两种建模方式建立响应面函数辨识模型。以响应函数模型的响应值与实验测得值的最小二乘法为优化目标,结合非线性规划与遗传算法实现结合部刚度参数的辨识。其中通过响应面函数二次多项式的选型显现多对节点间的刚度耦合关系,揭示了参数间的耦合关系对结合部动力学的影响。为验证此理论和方法的可靠性,以一螺栓结合部为研究对象,制定有限元动力学仿真分析的实验设计方案和采集了刚度组合点,并计算每一组采样点的前11阶模态固有频率。以有限元分析的数据为基础,建立反映螺栓结合部刚度间耦合关系的2次多项式响应面函数,并通过计算响应面模型质量评价指标验证了该模型的有效性。对比分析多刚度耦合、不耦合和单刚度的有限元模型预测精度,结果显示,多刚度耦合的有限元模型在固有频率、振型方面均具有较好预测效果,前11阶模态固有频率平均误差仅为1.6%,论证了考虑刚度间耦合关系的必要性和方法的可行性。     

负载与支承刚度对面齿轮传动系统动态特性的影响分析

为研究负载及支承刚度变化时对面齿轮传动系统动态特性的影响,建立了包含支承、齿侧间隙、时变啮合刚度、综合传动误差、阻尼和负载激励等参数的系统弯-扭耦合动力学模型,并使用PNF（Poincaré-Newton-Floquet）方法进行求解。计算结果表明,在不同的负载及支承刚度条件下,系统会出现简谐响应、次谐响应、拟周期响应及混沌响应4类稳态响应。增加负载及支承刚度能有效降低系统的动载荷,而增大支承刚度还可以减小面齿轮支承在方向与方向上的振动位移幅值差距。