含裂纹圆截面梁损伤识别频率等高线法

圆形截面梁广泛应用于机械设备与道路桥梁等领域中,裂纹的存在及扩展直接危及梁的安全可靠性,进而引发灾难性事故。旨在研究一种基于频率等高线的裂纹识别方法。使用一种新方法推导了裂纹梁在轴力、剪力和弯矩共同作用时的应力强度因子,给出了相应的柔度系数计算公式。基于有限元法分别推导了含裂纹单元和无裂纹单元的柔度矩阵,推导了梁的振动方程,探讨了裂纹对梁模态频率的影响。在此基础上,将固有频率作为裂纹识别的判断指针,研究了圆形截面梁裂纹识别频率等高线法。最后,基于频率误差函数对固有频率等高线法进行改良,提高了裂纹识别精度。结果表明:改良后的频率等高线法弥补了其在一些工况下无交点甚至无三角形区域的缺陷,使它更具工程应用可行性,并且该方法对裂纹位置和深度的识别也较为精准,相对裂纹深度识别最大误差为77.5%,相对裂纹位置识别最大误差仅为12.6%。     

基于谐响应的弹性悬臂梁裂纹识别分析

针对弹性悬臂梁的裂纹识别问题,探讨了谐响应分析在含裂纹梁损伤识别中的应用。首先结合连续介质弹性梁动力学方程和有限元方法,建立了含裂纹梁的受迫振动方程。然后,基于Abaqus平台建立了若干种含V型表面裂纹的悬臂梁有限元模型,在此基础上通过施加外部激励进行谐响应理论分析。最后,探讨了裂纹几何参数和加载位置对谐振频率及谐响应幅值的影响。结果表明,裂纹深度、裂纹位置、裂纹数量以及加载位置对谐响应变化规律有明显影响,为悬臂梁的裂纹识别提供了思路。     

基于能量法的裂纹梁振动特性分析

研究了含常开裂纹梁的横向振动,基于断裂力学中的能量法,推导了裂纹梁基于能量分布的连续弯曲及剪切刚度表达式;而后基于矩阵传递法,计算了含裂纹Timoshenko梁的振动特性,分析了裂纹深度及位置等裂纹参数对固有频率衰减的影响,同时将计算结果与有限元软件计算结果进行了比较,验证了该方法的有效性。     

不等径截面管梁冲压成形分析

针对不等径截面管梁无法实现卷圆,利用冲压的方法实现不等径截面管梁成形。首先根据封闭管梁截面特征并结合CAE分析结果,得到了封闭管梁成形所需的最少工序数;然后根据零件结构特征并结合冲压工艺特点,对每一工序冲模结构进行归纳总结;最后以扭力横梁为例,采用试制方式对管梁冲压成形进行验证。结果表明:对于封闭管梁,在试制阶段冲压所需的最少模具为3副,零件最大的减薄位置在截面周长变化最大处,约为12%。     

T形接头承载角焊缝根部裂纹扩展角度

针对Q355B低合金钢T形接头承载角焊缝根部疲劳失效的扩展路径问题,提出了一种基于受力分析计算的等效应力强度因子法(KEQ法)预测根部裂纹的扩展角度. 经有限元模拟验证,其求解应力强度因子的最大误差小于5%. 与基于有限元分析计算的最大周向应力法(MCS法)和有效结构应力法(ETS法)相比较,并结合3种不同应力水平下弯曲疲劳试验结果发现,基于等效应力强度因子法、最大周向应力法与有效结构应力法求解的裂纹扩展角度分别为25.6°,25.9°和32.2°,相较于实际疲劳试验的根部裂纹扩展角度24°,误差分别为6.67%,7.92%和34.17%. 结果表明,基于KEQ法求解裂纹扩展角度准确度最高,更适于预测承受弯曲疲劳载荷下T形接头角焊缝根部裂纹的扩展角度.     

轧辊表面裂纹位置确定方法研究

轧辊是轧钢生产中的主要部件,在复杂应力下容易产生表面裂纹,对轧辊的使用寿命、轧材质量有严重的影响,因此轧辊表面裂纹检测至关重要。轧辊出现损伤时,其固有频率也会发生改变。采用振动法比较分析不同位置的表面裂纹对轧辊固有频率、位移模态、应变模态和一阶模态下轴向位移频响函数的影响。结果表明:一阶模态下的轴向位移对轧辊表面裂纹位置检测识别最敏感,可以作为裂纹位置判断的主要标识量。     

液压金刚石飞切机床整机模态分析

以我国自主研制的某液压金刚石飞切机床为研究对象,对考虑地基的机床整机动态性能进行研究。使用UG和ANSYS Workbench联合仿真对机床整机进行有限元模态分析,得到机床的前6阶固有频率和振型;运用模态测试系统对机床整机进行模态测试,基于实模态参数识别方法获得机床的模态参数。通过有限元仿真与试验结果对比分析发现,前6阶固有频率误差均不超过10%且对应模态振型基本一致,验证了研究结果的正确性。机床整机低阶模态振型表现为床身系统相对地基的整体转动与平动,说明机床整体机构设计合理,为机床整机进一步的时变多体动力学规律预测奠定了基础。     

变截面涡旋盘齿面粗糙度的双预测模型

目的精确预测三段基圆变截面涡旋盘齿面粗糙度,确定合理的铣削参数,提高变截面涡旋盘齿面的加工质量。方法首先在正交试验的铣削参数条件下,用XK714数控铣床对毛坯件进行铣削加工,获得三段基圆变截面涡旋盘,用SJ-210表面粗糙度测量仪测量已加工涡旋齿侧面的粗糙度值。然后利用铣削参数和测量的粗糙度值,建立齿面粗糙度的多元回归预测模型和改进的BP神经网络预测模型及双预测模型,并验证该三种模型的精确度。最后对单一因素条件下的粗糙度进行预测、分析。结果经过计算可得,齿面粗糙度的多元回归预测模型的平均误差为1.43%,最大误差为3.09%。改进的BP神经网络预测模型的平均误差为1.33%,最大误差为3.22%。两种模型的预测平均值作为双预测模型时,预测平均误差为0.627%,最大误差为1.51%。结论齿面粗糙度的双预测模型的平均误差明显降低,同时可以避免单一预测模型产生主观预测误差。各铣削因素对粗糙度的影响程度不同,进给量fz吃刀深度ap刀具转速n侧吃刀量ae。随着进给量、吃刀深度、侧吃刀量的增加,齿面粗糙度值增加;随着刀具转速升高,齿面粗糙度值降低。     

裂纹对航空发动机整体叶盘振动特性的影响

针对航空发动机涡轮叶盘运行中产生的疲劳裂纹改变振动特性的问题,基于有限元模态分析理论对其进行研究。建立不同裂纹长度、裂纹分布位置的整体叶盘有限元模型,分别分析动静态下固有频率的变化;分析裂纹对整体叶盘频率转向的影响;最后,通过分析含裂纹叶片在激励作用下的响应,得出其响应幅值和振动方向的变化。结果表明：裂纹会降低整体叶盘固有频率,且对低阶频率影响较大;裂纹会影响整体叶盘振型,出现振动局部化现象;裂纹的出现影响整体叶盘频率转向现象的发生;整体叶盘中含裂纹叶片的响应峰值随着裂纹长度的增加而逐渐增大,且裂纹叶片会出现大范围振动反向现象。     

枕梁结构自由模态试验与分析

对列车枕梁结构进行自由模态试验与有限元仿真,通过相关性分析获得能准确反映其真实结构的有限元模型。首先,设计枕梁结构自由模态试验,试验获得枕梁结构的固有频率和模态振型。然后,根据枕梁结构设计图纸建立有限元模型,利用有限元方法计算获得枕梁结构的理论固有频率及模态振型。最后,通过枕梁结构固有频率和模态振型的相关分析,验证该枕梁结构有限元模型的准确性。结果表明:利用该有限元模型计算的列车枕梁结构前五阶固有频率与模态试验结果基本一致,并且前五阶模态振型的MAC(Modal Assurance Criteria)值均大于85%。     

Computer-aided preform design in forging of an airfoil section blade

This study attempts to establish systematic procedures for the preform design in forging of an airfoil section blade as a two-dimensional plane-strain problem. Forward loading and backward tracing simulations by the finite element method are used. A circular shape is selected as an original stock, and a side-pressed preform of the circular shape is adopted in view of preliminary simulations using rectangular preforms. The optimal slope angle of the die parting line and the position of the preform within the die, which satisfy the final design condition of flashless forging, are determined from the results of the simulations.     

管状扭力梁液压成形有限元仿真分析及试验

相比板状扭力梁,采用液压成形工艺加工管状扭力梁能够减轻零件重量,提升零件强度、刚度和疲劳性能。分析了管状扭力梁零件的典型截面形状,指出了零件加工难点和成形过程中的主要缺陷。利用有限元仿真分析方法对管状扭力梁成形过程进行数值模拟,分析了成形过程中典型截面的壁厚变化规律,即过渡区域壁厚变化较大,中间区域壁厚变化不明显。在此基础上进行工艺试验。研究结果表明,管状扭力梁液压成形有限元仿真结果与试验结果吻合性好,零件的实际形状与理论设计形状基本一致。     

振动模态测试技术在金刚石圆盘锯横梁结构优化的应用研究

通过实验模态测试与有限元理论分析相结合的方法，对金刚石圆盘锯的模态特性进行了研究，分别获取了金刚石圆盘锯的各阶固有频率，并用模态测试的实验数据验证、修正了有限元分析的理论模型，以准确的有限元理论模型为基础对金刚石圆盘锯的横梁部件进行了结构优化设计研究。减少了金刚石圆盘锯横梁的刚度冗余，在保证横梁静、动态性能略有提高的条件下，实现横梁的减重设计要求。     

Analysis of free and forced vibration of a cracked cantilever beam

Structures are weakened by cracks. When the crack size increases in course of time, the structure becomes weaker than its previous condition. Finally, the structure may breakdown due to a minute crack. Therefore, crack detection and classification is a very important issue. In this study, free and forced vibration analysis of a cracked beam were performed in order to identify the crack in a cantilever beam. Single- and two-edge cracks were evaluated. The study results suggest that free vibration analysis provides suitable information for the detection of single and two cracks, whereas forced vibration can detect only the single crack condition. However, dynamic response of the forced vibration better describes changes in crack depth and location than the free vibration in which the difference between natural frequencies corresponding to a change in crack depth and location only is a minor effect.     

铝合金连杆的楔横轧制坯优化研究

针对某汽车用铝合金连杆,在传统模锻制坯工艺的基础上,提出了楔横轧制坯的毛坯计算方法:首先确定计算截面位于毛坯的杆部还是头部,然后根据杆部、头部的位置不同给出该截面的计算直径和确定其长度的方法;进而分析了楔横轧制坯时坯料形状的优化评价指标;并对具体的铝合金连杆进行了有限元模拟.结果表明:采用楔横轧制坯,不仅加工工艺简单,...     

一种进给伺服系统非线性PID交叉耦合控制

提高多轴伺服系统的轮廓跟随性能是现代计算机数控加工的重要应用之一。针对传统交叉耦合控制方法对自由曲线轨迹的轮廓跟踪精度较差以及传统PID控制系统抗扰性和鲁棒性较差的问题,提出一种基于自抗扰控制的交叉耦合轮廓误差补偿综合控制策略,该策略由用于位置环反馈控制和轮廓误差补偿的新型非线性PID (NLPID )、位置伺服控制器 TNP-ADRC 和基于NLPID的变增益交叉耦合控制器组成。在MATLAB/Simulink环境下对方波信号跟踪和标准圆轮廓加工过程中轮廓误差的变化情况进行仿真,仿真结果表明：与传统PID交叉耦合控制相比,该方法不仅能够有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰能力,并且能够显著提高多轴运动控制系统的轮廓加工精度。     

The influence of cracks,notches and holes on the tensile strength of cellular solids

Finite element simulations of two-dimensional cellular structures with defects were performed to study the influence of defect size and cell size on the tensile strength of the cellular solid. Three types of defects were considered: circular holes, sharp cracks and notches. The net section strength, defined as the peak tensile load divided by the remaining intact area in the section with the defect, was determined for a range of defect sizes and cell sizes. For the circular holes, the net section strength was found to be independent of hole size, and equal to the tensile strength of the intact honeycomb. For cracks and notches the net section strength showed a notch-strengthening effect, exceeding the tensile strength of the intact honeycomb and increasing with crack or notch depth. The results were sensitive to the cell size for the crack defects but not for the hole or notch defects.     

Neural network solution of the inverse vibration problem

The feasibility of using general regression neural networks (GRNN) to solve the inverse vibration problem of cracked structures was investigated. The case study used in the investigation was a steel cantilever beam with a single edge crack. The first six natural frequencies were used as network inputs, and crack size and crack location were the outputs. The effect of the number of frequency inputs to the network on prediction accuracy was quantitatively evaluated. The results show that GRNN is a powerful instrument for predicting crack size and location over a wide range, and that the prediction accuracy increases with larger number of vibration modes.