基于LMS Virtual. Lab和AMESim的泥浆泵联合仿真及曲轴结构优化

由于泥浆泵曲轴受到复杂的交变应力,导致曲轴曲柄销过渡圆角处因受到过大应力而疲劳失效。采用LMS Virtual.Lab和AMESim分别建立了泥浆泵动力端系统和液力端系统模型,并将2个子模型集成一体化模型,最终实现机械、液力系统的联合仿真对泥浆泵曲轴应力进行分析,得到曲轴运行时的应力分布。为了降低曲柄梢过渡圆角处的应力,设计优化阶梯形圆角来代替泥浆泵曲轴曲柄销圆角。再基于响应面法建立以曲柄梢圆角应力最小为优化目标的模型,通过优化前后的应力对比可得:当设计因子为R_1=4 mm,R_2=3.2 mm,H=122 mm时,优化后的应力较优化前降低了20.29%,优化模型可为泥浆泵曲轴的设计提供参考。     

基于弯扭复合的曲轴应力及响应面优化分析

为了研究曲轴承受弯扭复合载荷时,其圆角应力的变化情况,建立了柴油机曲轴弯扭复合模型,采用试验的方法验证了模型的准确性。模拟了标定工况下,曲轴过渡圆角处最大弯曲、扭转以及弯扭复合应力随曲轴转角的变化规律。选择最大弯扭复合载荷,以曲轴质量为约束条件,运用Workbench Design Exploration优化模块对曲轴最大应力和最大变形进行响应面优化分析。结果表明:在0~180°CA内,随着曲轴转角增加,弯扭复合圆角应力先增大后减小,最大值出现在上止点后15°CA,此时的圆角应力比最大爆发压力时的圆角应力大4.9%,比上止点时的圆角应力大26%。过渡圆角半径对曲轴应力和变形敏感度最大,敏感度分别为-0.426和-0.563。通过响应面优化分析,在满足约束条件的情况下,优化后的曲轴最大应力减少了14.45%,最大变形减小了18.17%。     

曲轴圆角滚压工艺参数的多目标优化设计

使用Pro/E软件建立了曲轴圆角滚压的模型,运用数据共享将模型导入Workbench中。利用Workbench中的静力学分析模块和优化设计模块,对滚压工艺参数中的滚子直径和滚压力进行了多目标优化。分析了滚压时滚子直径和滚压力的变化对曲轴圆角处最大等效应力的影响。提出了由滚压时的最大等效应力反求滚子直径和滚压力最优解的方法。这能为滚子直径和滚压力的选择提供指导。     

重载物流AGV机器人悬架结构优化设计

为提高重载物流AGV机器人的路面适应能力,设计适合物流仓储车间的AGV移动系统。为该系统构建纵臂式独立悬架,具有调节机构以改变减振器角度和纵臂长度。基于简化的悬架系统支架模型,进行静力学特性分析;构建以支架不同尺寸参数为变量,以结构质量为目标函数,以最大变形量和最大等效应力为约束条件的优化数学模型,采用受控精英多目标遗传算法对设计变量进行优化。校核优化后结构强度和刚度满足使用要求,证明了结构优化的合理性,实现了构件精益制造,提高了材料的利用率。     

重型轧机联轴器圆角应力集中引流拓扑优化

圆角应力集中是重型装备频繁开裂的一个重要原因。基于应力引流思想,以轧机联轴器为对象,通过拓扑优化技术解决其圆角应力集中问题。建立了联轴器的三维有限元模型,并对其进行了应力分析,表明应力最大部位集中在槽口根部的3个圆角交汇处。对此,根据应力引流思想,将滑块安装槽圆角及内圆柱面定义为优化设计区域,其他部分为非设计区域,以柔度最小作为优化目标,以圆角应力点的最大应力作为约束条件,对叉头圆角进行拓扑优化,得到一个近似槽状的拓扑结构。根据拓扑优化的结果对圆角进行了重新设计以及对比分析。结果表明:优化后圆角交汇处最大应力减少了约100 MPa,降幅达20%,说明应力引流对于改善圆角应力集中效果明显。     

某型往复压缩机热动力设计及其曲轴静强度分析

在需要改变工况条件的要求下,对某型往复压缩机热动力进行了设计和计算,在AN-SYS Workbench软件中导入其轴系三维模型,描绘出了两种工况下的综合活塞力变化曲线,获得了曲轴的最大应力值和最大应力位置,对压缩机曲轴进行了网格划分、应力分布和变形计算,分析了曲轴的静强度.结果表明:原机型仍然满足改变工况的设计需求,该曲轴的静强度满足使用要求,同时可为同类型压缩机热动力优化设计与曲轴强度分析提供一定理论依据.     

某型往复压缩机热动力设计及其曲轴静强度分析（英文）

在需要改变工况条件的要求下,对某型往复压缩机热动力进行了设计和计算,在ANSYS Workbench软件中导入其轴系三维模型,描绘出了两种工况下的综合活塞力变化曲线,获得了曲轴的最大应力值和最大应力位置,对压缩机曲轴进行了网格划分、应力分布和变形计算,分析了曲轴的静强度。结果表明:原机型仍然满足改变工况的设计需求,该曲轴的静强度满足使用要求,同时可为同类型压缩机热动力优化设计与曲轴强度分析提供一定理论依据。     

曲轴圆角滚压有限元分析

通过对某六缸曲轴进行三维有限元建模,结合曲轴圆角滚压强化系统的研究,采用ANSYS Workbench工程软件对曲轴圆角滚压过程进行仿真;并对对滚压后的残余变形以及应力应变分布情况进行分析.结果表明,滚压过程中最大滚压力和最大应变不是出现在同一位置,塑性应变区域位于圆角凹面两侧边缘,冷作硬化后产生的残余压缩应力达到了滚压强化目的;滚压过程必须合理控制滚压进给量.这对计算机仿真技术应用于曲轴设计及生产有着积极的指导作用.     

基于有限元子模型技术的高速压力机曲轴应力集中分析

本文建立了高速压力机曲轴的有限元整体模型,分析曲轴在公称力冲击下的应力分布.建立了有圆角特征的子模型,获得在过渡圆角上的应力分布.将分析结果和许用疲劳应力进行了比较,结果表明曲轴上远小于经验公式计算所得圆角尺寸同样能够满足强度要求.     

曲轴圆角滚压工艺参数优化研究

在对曲轴圆角滚压加工过程分析的基础上,利用ANSYS有限元分析软件的LS-DYNA模块建立了其圆角滚压动态分析模型;并基于该模型分析了滚压过程中工艺参数对曲轴圆角处塑性变形及残余应力的影响规律。研究结果表明:在滚压力一定时,随着滚压圈数的增加,滚压圆角处塑性变形量和残余应力增大,但达到一定圈数后,塑性变形量和残余应力的变化幅度不再明显。滚压圈数一定时,随着滚压力的增大,塑性变形量与残余应力增加速率随滚压力的增加不断减小。研究结果为曲轴滚压加工过程中工艺参数的选取提供理论依据。     

45钢拖拉机曲轴断裂分析

用45钢制造的拖拉机曲轴在服役过程中经常断裂,大多数发生在曲柄与轴颈过渡圆角处,对断口和失效原因进行分析。结果表明,过渡圆角处的强度低是造成曲轴早期断裂的主要原因。通过提高曲轴淬透性和过渡圆角处强度,解决了断裂问题。     

基于RecurDyn和ANSYS的电动农用车悬挂机构优化设计

电动农用车悬挂机构存在设计冗余的问题,为了对悬挂的上臂机构进行优化,建立了悬挂机构刚柔耦合模型,通过多体动力学仿真,确定了上臂机构各个铰点在坐标轴方向上的最大受力。通过单变量静力学仿真试验,建立了上臂机构最大等效应力与四个结构参数之间的单变量数值拟合模型,通过正交仿真试验,建立了最大等效应力与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型,并将仿真值和数值模型计算值进行了比较,验证了模型的可靠性,同时,利用同种方法建立了悬挂上臂质量与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型。最后,以最大等效应力最小值和质量最小值为优化目标,利用遗传算法进行优化,获得了最优设计参数。优化结果表明:优化后的上臂机构具有相对更小的质量和更大的强度,结构更加合理,该方法可为其他设计提供参考。     

基于RecurDyn和ANSYS的电动农用车悬挂机构优化设计（英文）

电动农用车悬挂机构存在设计冗余的问题,为了对悬挂的上臂机构进行优化,建立了悬挂机构刚柔耦合模型,通过多体动力学仿真,确定了上臂机构各个铰点在坐标轴方向上的最大受力。通过单变量静力学仿真试验,建立了上臂机构最大等效应力与四个结构参数之间的单变量数值拟合模型,通过正交仿真试验,建立了最大等效应力与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型,并将仿真值和数值模型计算值进行了比较,验证了模型的可靠性,同时,利用同种方法建立了悬挂上臂质量与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型。最后,以最大等效应力最小值和质量最小值为优化目标,利用遗传算法进行优化,获得了最优设计参数。优化结果表明:优化后的上臂机构具有相对更小的质量和更大的强度,结构更加合理,该方法可为其他设计提供参考。     

微合金中碳钢48MnV曲轴连杆轴颈感应淬火工艺的优化

采用对比试验法,以淬火功率、回火条件、加热时间、冷却时间等作为变量,研究了微合金中碳钢48MnV曲轴连杆轴颈感应热处理的最佳工艺。结果表明,优化的感应热处理工艺为淬火功率165 kW,电流频率9 kHz,加热时间17 s,冷却间隔时间1 s,冷却时间20 s, 210℃回火2.5 h。在优化的感应热处理工艺下,连杆轴颈淬硬层显微组织为细小均匀针状马氏体;轴颈表面、两侧过渡圆角距表面0.25 mm处的最高硬度依次可达720.9、690.0和667.1 HV,耐磨性显著提高;连杆轴颈、过渡圆角表面残余应力呈现为压应力,靠芯轴端过渡圆角残余应力高达-884.0 MPa,靠法兰端过渡圆角残余应力为-831.9 MPa;试样的疲劳极限载荷最高,高达3750 N·m。感应热处理后残余压应力越大,越有利于提高曲轴连杆轴颈的弯曲疲劳强度。     

基于中频淬火工艺模拟的曲轴疲劳极限载荷预测研究

采用有限元方法,分析工作弯矩载荷下的曲轴圆角处的应力分布,通过名义应力法预测未加淬火工艺的曲轴疲劳极限载荷。在此基础上,用二维简化轴对称模型代替三维曲轴模型模拟曲轴中频感应淬火工艺,得到温度分布和残余应力分布。结合圆角处的弯矩工作应力计算曲轴经淬火工艺后的疲劳极限载荷,并将其与试验结果进行比较,表明采用淬火工艺模拟能较准确地获得曲轴疲劳极限载荷。     

基于变密度法的发动机支架性能优化

针对某汽车发动机支架的性能优化设计问题,基于变密度法进行拓扑优化设计。通过建立动力总成悬置系统力学模型,计算扭转工况、紧急制动工况和紧急转弯工况的悬置载荷,并采用有限元法对发动机支架进行强度和刚度性能分析。根据分析结果,以发动机支架的单元相对密度为变量,质量分数为约束,加权柔顺度最小为目标,建立了发动机支架的多工况拓扑优化数学模型。结合零件的应力分布和加工工艺要求,在保持质量不变的条件下,根据拓扑优化结构对发动机支架进行了重构。优化前后的对比结果表明,重构的发动机支架的强度、刚度和模态性能均有了明显的改善。     

发动机曲轴圆角强化畸变的控制

发动机曲轴承受复杂交变的弯曲扭转载荷和一定的冲击截荷,疲劳断裂是曲轴的主要破坏形式,裂纹源多发生在轴颈与曲臂的过渡圆角处。因此工艺上提高曲轴疲劳强度的方法主要是通过对曲轴的圆角强化,在圆角表层形成一定的压应力来实现的。圆角强化工艺方法主要有渗氮、圆...     

基于微观遗传算法优化法兰滑套成形工艺

基于DEFORM-3D平台,采用拉丁超立方抽样设计,以法兰滑套预成形坯料角度、圆角半径、底面半径为设计变量,将挤压成形最大载荷、凹模累积磨损量作为优化目标,设计了试验表,并对试验表中的每组数据进行数值仿真,最终得出每组数据对应的最大载荷、凹模累积磨损量。应用MATLAB软件编写微观遗传算法程序,对目标设计变量进行优化,得出坯料角度为29°,圆角半径为14.5 mm,底面半径为82 mm时为最佳优化条件。将优化后的坯料进行数值仿真并进行工业试制,经与原生产工艺进行对比发现,法兰滑套挤压成形的最大载荷从614 k N降低到496 k N,凹模寿命从3000件提高到4000件。     

FSL1600高速铝箔剪切机组开卷机轻量化设计与研究

以某国产铝箔剪切机组FLS1600为研究对象，对其动力侧和操作侧进行了ABAQUS有限元分析，得到动力侧最大等效应力为196 MPa,最大变形量为8.1～10.0 mm,符合使用要求。根据应力应变云图，确定优化设计的关键零部件区域，利用拓扑优化原理，将圆孔处强度和整体质量作为目标函数进行优化计算，设计新的结构。新产品最大应力为94.7 MPa,最大变形量为16.8 mm,均符合生产要求，且动力侧质量为904 kg,降低了近70%,操作侧质量为602 kg,降低了接近80%,取得了显著的减重效果。     

压力机上梁结构多目标优化设计

为了满足锻压机上梁结构在工作过程中高强度、轻量化的设计要求,提出了一种多目标优化方法。该方法将锻压机上梁结构的11个参数作为设计变量,并经过参数相关性分析和筛选后,得到对上梁结构结性能影响灵敏度较高的3个设计变量。通过以质量最小、变形最小和应力最大为优化目标,成功地实现了对上梁结构进行多目标优化。研究结果表明,在满足应力和变形的两个条件下,降低了上梁结构的质量,达到多目标优化设计要求,符合现代机械设备绿色制造和设备轻量化设计的发展方向。