基于有限元分析的风电联轴器结构安全性能研究

风电机组由于其工作环境的特殊性要求具有极高的安全性及可靠性，风电联轴器作为其主要的传动系统零部件在工作时主要受到转矩、转速、轴向位移及角向位移载荷的作用。本研究基于有限元仿真分析方法，得到了风电联轴器各组件在不同载荷作用下的应力值，分析了各组件的应力变化趋势及安全性能，探究了各载荷对膜片组每层膜片的应力大小和分布特征的影响规律。结果表明，该风电联轴器结构是安全的，螺栓及膜片组等效应力更易受到载荷变化的影响，为主要易损件；在不同载荷作用下膜片组等效应力最小处发生在中间层，且外层与内层膜片等效应力差异较大。     

某型号风机叶轮服役可靠性焊接工艺优化

为提升某型号离心箱式铝合金风机叶轮的焊接结构在服役过程中的可靠性,根据该型号风机叶轮的工作载荷计算了构件中焊道所需临界尺寸。通过有限元模拟仿真,分析了不同焊接规范所产生的焊接残余应力差异及对承载能力的影响。对比不同的焊接规范,定性分析了焊道热裂纹与焊根未焊透对构件承载能力的不利影响,选出了对结构承载能力损失相对较小的焊接工艺规范;双向焊接的焊接残余应力与工作载荷的叠加效应比单向焊接更弱,因而更利于构件的承载能力;焊根未焊透缺陷处于内侧焊道比处于外侧焊道对承载能力更为有利;焊道热裂纹缺陷在外侧焊道比在内侧焊道对承载能力的弱化作用更小。综合考虑焊接残余应力与焊接缺陷对构件承载能力的影响,给出了服役更为可靠的焊接工艺规范。     

耦合作用下的扁挤压筒有限元分析

由于扁挤压筒同时受到内压，预紧，热载荷作用，因此有必要考虑内压-预紧-热载荷的耦合作用。本文运用ANSYS分析软件，利用物理环境分析法建立了三层套组合式扁挤压筒内压-预紧-热载荷耦合有限元模型。模拟结果表明热应力的存在对扁挤压筒的等效应力分布影响较大，可以有效地降低内层套的最大等效应力值，但是扁挤压筒的应力分布形式并未改变，为进一步优化扁挤压筒结构尺寸、装配条件提供参考。同时表明了物理环境分析法分析耦合效应的可行性。     

基于ANSYS-PDS的高速冲床曲轴可靠性分析

根据可靠性分析理论,运用有限元分析软件的概率设计功能(ANSYSpds模块),对高速冲床曲轴进行了可靠性分析.通过参数化设计语言APDL编制概率设计时需要的分析文件,以曲轴的几何尺寸、载荷、弹性模量等参数作为随机输入变量,选用响应面法中的中心合成设计抽样法(CCD抽样)进行随机抽样计算,得到了曲轴可靠度、响应变量灵敏度及影响曲轴可靠性的主要因素.结果表明,曲轴屈服极限、轴颈尺寸对曲轴可靠性影响程度较大.由此得到了曲轴可靠性设计变量与目标变量的影响关系,为进一步提高曲轴可靠性及结构可靠性优化设计提供了参考.     

微观组织对机械/热复合载荷作用下碳素钢内部应力状态的影响

为了探讨渗碳体相的组织形态对碳素钢的内部应力状态的影响,在充分考虑材料的微观组织特征的基础上建立了有限元的计算模型,并使用该模型具体分析了在机械/热复合载荷作用下球状渗碳体的体积含量及粒径尺寸对碳素钢内部应力状态的影响.为了验证计算模型的可靠性,使用X射线实际测量了碳素钢的内部应力状态.并把测量的结果与有限元分析的结果进行了对比.对比结果表明,有限元分析的结果和试验结果十分吻合,进而验证了计算模型的可靠性.     

基于热机耦合的气缸盖结构优化设计

发动机缸盖的结构对其工作可靠性有很大的影响,为提高缸盖的强度,首先建立了缸盖的三维模型,然后基于热机耦合原理分析了该缸盖结构的温度场与应力场,随后采用数值分析的正交实验法,构建了6因素5水平的正交实验表,通过极差分析方法中的综合平衡法得到缸盖关键部位尺寸的最优组合,最后对最优尺寸缸体结构进行了有限元仿真,结果表明,优化尺寸后的应力值比原始结构降低了15%,为缸盖的结构设计提供了一定的参考。     

低应力柔性CCGA焊点设计及其可靠性预测

为提高大芯片面阵列封装的可靠性、降低工作载荷下钎料焊点内部的应力集中程度,基于力学原理对陶瓷柱栅阵列（ceramic column grid array,CCGA）封装结构进行了柔性互连设计和焊点形态设计.采用有限元方法研究了该低应力柔性CCGA互连结构在剪切载荷下的力学行为.结果表明,互连结构的峰值应力和峰值应变由设计的铜质的锥形漏斗体承担,性能薄弱的钎料及钎料/铜柱界面不再处于互连结构的应力应变集中位置,焊点内部应力应变较传统CCGA焊点降低显著;预测该低应力柔性CCGA互连焊点将具有更高的可靠性.     

力学因素对管线钢应力腐蚀开裂裂纹萌生的影响

研究了应力比、加载频率和外加横向载荷等力学因素对X70管线钢在新疆土壤溶液中穿晶应力腐蚀开裂裂纹萌生的影响,并结合环境扫描电镜对腐蚀样品表面进行观察.结果表明:低应力比增加了载荷的波动,促进了管线钢应力腐蚀开裂裂纹的萌生;当波动载荷作用于样品的循环周次相同时,频率越低越有利于穿晶应力腐蚀开裂(TGSCC)裂纹的萌生;当波动载荷作用于样品的时间相同时,频率越高有利于裂纹的萌生;垂直于拉-拉应力方向的外加横向载荷促进了TGSCC裂纹的萌生.     

液动力对换向阀作用的ANSYS有限元分析

对换向阀换向时的液动力进行理论分析,探讨液动力对系统的影响。用ANSYS软件构建阀芯的有限元分析模型,选用蒙特卡罗法进行换向阀应力的可靠性分析,获得该有限元分析模型的应力概率分布特征和压力载荷等设计参数对应力分布的敏感程度。对换向阀进行有限元模态分析,结果表明:换向阀运行时产生的激励频率与结构的固有频率都不相等或相近。此结论与实际情况相符,验证用ANSYS软件进行模态分析的可靠性。     

司机操作特性对挖掘机主泵压力的载荷特性的影响

载荷谱是挖掘机系统和部件寿命预测和可靠性分析的数据基础,载荷特性的差异对寿命预测和可靠性分析结果影响很大。司机操作特性是影响载荷特性,特别是载荷集中位置和波动程度的重要因素之一。通过采集3名司机操作下的挖掘机液压系统主泵压力载荷数据,并进行载荷处理和载荷分段提取挖掘段载荷,得到每名司机操作下载荷数据的均值和标准差,通过拟合图法和K-S检验法验证载荷特征值的正态分布特性,并基于显著性差异理论分析了3名司机操作下载荷特性的差异性,证明了司机操作特性对载荷特性影响的客观性,为重视工程机械领域人为因素对载荷特性的影响提供了理论依据。     

基于GB/T23567系列标准的加工中心快速可靠性试验系统研制

针对加工中心快速可靠性试验中加载手段不足的问题,基于GB/T 23567系列标准对加工中心快速可靠性试验系统进行功能分析与设计,构建基于模拟工况的轴向加载装置与主轴加载装置,实现轴线载荷加载控制以及主轴扭矩加载控制。使用该系统对样品开展一系列加载试验,通过对比分析可靠性指标,验证了该可靠性试验系统的功能。研究结果为提高行业数控加工中心可靠性试验和检测能力提供支撑。     

考虑参数不确定性的疲劳断轴可靠性分析方法

主轴是综合传动装置中的核心元件，其可靠性直接影响综合传动装置的正常运行。针对综合传动装置主轴的疲劳失效模式，在有限元仿真的基础上考虑参数不确定性进行可靠性分析。针对疲劳断裂的主轴建立模型进行瞬态动力学仿真，获取承载工况下最大剪切应力。在此基础上考虑参数分散性对主轴强度与所受应力的影响，进行不确定性分析，并基于广义应力-强度干涉理论，运用蒙特卡洛抽样方法进行可靠度计算。在实际使用中，特殊任务下多次发生未预料的断轴故障，主轴的实际使用寿命远低于设计寿命，以该特殊任务为例进行主轴的可靠性分析。研究结果表明：针对疲劳断轴故障，采用考虑不确定性的可靠性分析方法可行。通过案例分析得到了主轴特殊工况下的疲劳寿命。     

液压垫结构优化设计

本文采用有限元法对我公司生产的YL27-500B型四柱式单动薄板拉伸液压机的液压垫设计了三种工况进行模拟分析,并根据计算结论拟定了两种优化结构方案,选择三种模拟工况中最为恶劣的工况对优化结构重新进行有限元分析,结果表明,两种优化结构方案均能提高液压垫刚度并满足强度要求,液压垫的应力分布更为均匀,同时液压垫的设计重量较原结构有所降低,达到了优化设计的目标.     

基于虚拟仿真技术的推土机台车架结构优化设计

台车架是推土机行走机构履带架的骨架,是地面支撑元件的关键部件,主要采用焊接结构。针对某型号推土机台车架生产效率低、制造精度差等问题,进行结构优化设计,将原有两段式方盒结构改为三段式履带盒结构,新结构由前导向合件、中弯板合件、后枢轴箱合件、底板、平衡梁座、耳轴、弹簧安装座等组成。基于SYSWELD虚拟仿真技术对优化后的结构进行建模,对焊后变形、残余应力及5种典型工况下的结构强度进行仿真。结果表明,前导向合件总体焊后变形为12.1 mm,残余应力为369.73 MPa,台车架结构在铲刀提铲、整机匀速后退、整机后退过障碍物3种工况时结构应力较小,而在左刀角偏载和最大牵引力后退两种工况下应力值较大,但未超过母材的屈服强度。同时优化后的结构重量减轻,装配简化,效率和安全系数均提高。最后采取物理样机验证,工艺流程便捷,产品可靠性得到保证及提升。创新点：(1)三段式履带盒结构的台车架首次在推土机新型产品中应用,解决了原结构生产效率低、结构工艺性不足以及制造精度一致性差的问题。(2)虚拟仿真技术从数字研发向工艺工序深入,并实现数据的迭代仿真,首次真正应用在生产实际,并成为有效指导产品结构优化及制造的典型案例。(3)从全流程进行分析验证研发制造过程,为方法论引入企业生产流程提供一种全新思路。     

RH钢包顶升台车的设计与应用

现行的RH真空处理系统的钢包台车只有运输功能,钢包的提升主要利用地下的顶升框架或平台上的提升装置来实现,工艺设备复杂,且系统稳定性不高.宝钢工程公司冶炼事业部为日本住友金属鹿岛制铁所设计了具有钢包顶升功能的新型钢包台车.本文分析了该钢包台车的升降传动装置,升降导向装置和主动车轮组,并以ANSYS为平台,对主体承载结构车架和托架进行结构静力分析,得到其在满载时结构的应力分布及变形情况.     

旋耕机电液负载敏感系统能耗分析

针对液压旋耕机工作装置设计一套电液式定量泵负载敏感系统,相比较传统定流量负载敏感系统,采用永磁同步电机与定量泵结合替换三通压力补偿阀。给出液压系统原理图及系统控制框图,并搭建数学模型分析其控制策略,通过AMESim搭建系统仿真模型,仿真分析旋耕机工作装置各执行机构单独工作、复合动作时的功率曲线与能量曲线,分析系统的能耗情况。结果表明：该系统通过永磁同步电机动态地调节定量泵输出的流量,使定量泵输出功率跟随负载变化,从而减少系统的溢流损失,增加了旋耕机工作装置的能量利用率,提高系统的节能效果。     

金刚石复合片抗冲击装置的研制及测试评价

利用冲击钻进波动理论,模拟金刚石复合片在井下工作时的实际受力状态,研制金刚石复合片抗冲击装置,提出金刚石复合片抗冲击韧性测试方法。结果表明:经本装置测试后得出的ZB1308、ZA1308、ZA1613和ZA1913金刚石复合片的抗冲击韧性的最小值,与实际受载情况相符,即:常温抗冲击韧性值的最小值分别为30、60、80、85 J,高温抗冲击韧性最小值分别为20、50、70、75 J。本装置可以有效拟合金刚石复合片在井下工作的真实情况。      

MATLAB在激光涂层零件可靠性建模中的应用

制备了自熔合金粉末激光熔覆涂层试件,在多次撞击疲劳试验机上进行了可靠性试验。借助MATLAB对样本数据进行分析,建立了激光涂层零件的多冲可靠性模型。分析得出激光涂层零件在多冲载荷下疲劳寿命服从对数正态分布,并拟合P-S—N曲线,建立了多冲应力与疲劳寿命以及可靠度之间的关系。在理论分析的基础上设计了可靠性建模界面,为进一步的可靠性分析提供基础。     

某路锥收放车回转升降机构有限元分析与结构优化

回转升降机构是某全自动交通路锥收放车上的一个重要机构,工作过程中承受负载比较大,为了防止因结构强度、刚度不足而发生失效,在ABAQUS中建立回转升降机构的有限元模型,分别对机构工作中3种危险姿态进行静态特性分析,并对主要承载部件单独进行校核分析,以确保能够准确地模拟实际情况,得到了最大应变所在位置和应力分布规律,然后以降低应力和应变为目的,提出结构优化方案,优化后的结构与原型相比,最大应力、应变均有显著地降低,有限元分析结果为机构的设计、制造提供了参考依据,可预期工艺设计,达到缩短设计周期和提高工作效率的目的。     

基于轴系尺寸链设置缺陷导致机械系统失效后的改进分析

机械系统中支承结构设计以及轴系尺寸链设置将直接影响其运转安全性和可靠性。本研究分析了油雾分离器结构原理和工况条件,明确了两端固定支承的机械系统在运转过程中,其一端轴承外圈端面与壳体孔应保留适当间隙,以适应轴的热伸长。就外场发生的失效开展分析和定位,从失效件外观形貌和理化检测结果确认,轴承在过大轴向附加载荷作用下产生爬坡,进而导致轴承短期内产生高温失效。为验证失效轴承附加轴向载荷是否与轴系尺寸链设置直接相关,开展装配尺寸链核算,确认失效轴承外圈端面与壳体孔之间存在极大的干涉风险,失效与轴系尺寸链设置不合理有关。针对失效定位提出装配前选配零件、调整零件公差等改进措施,同时建议对该间隙进行检测。