离子推力器栅极系统仿真典型验证技术研究现状

栅极系统是影响离子推力器性能和寿命的重要组件之一,数值仿真建模方法是研究栅极系统失效机理的重要手段。为了提高数值仿真模型运算结果的置信度,需要对栅极系统仿真模型开展试验验证研究。本文在对栅极系统工作物理过程、失效模式和失效机理分析的基础上,系统调研了国内外离子推力器栅极系统仿真的研究进展,并重点对栅极系统仿真模型验证技术研究进展开展了调研,为离子推力器栅极系统仿真模型验证研究提供了参考。     

基于 Witness 轿车焊装车间焊接生产线的仿真与优化研究

通过对某汽车焊接生产线工艺流程的研究,运用 Witness 仿真软件建立层次清晰的系统仿真模型。 根据仿真目标,设计了 2 组仿真试验,依据仿真结果进行焊接生产线的瓶颈分析、设备利用率分析以及设备产能匹配分析,为生产调度计划的制定、生产线的规划与布局提供科学的依据。     

有源相控阵天线可靠性建模与分析

有源相控阵天线是由许多阵元及T/R组件组成,少量T/R组件失效对系统性能影响小,所以其任务可靠性非常高。根据有源相控阵天线系统的功能模型建立任务可靠性模型,并通过仿真分析失效T/R组件的物理位置对系统任务可靠性的影响。研究结果可用于指导有源相控阵天线系统的可靠性预计、分配和设计。     

基于表面结构化的CFRTP超声波焊接工艺研究

超声波塑料焊接是一种高效、绿色的焊接方法，近年来被广泛应用于碳纤维增强热塑性复合材料(carbon fiber reinforced thermoplastic, CFRTP)的连接。焊接接头的设计是CFRTP超声波焊接的关键环节。针对这一环节，提出了一种基于表面结构化的CFRTP超声波焊接方法，即在焊接之前通过超声波压印的方式将母材表面结构化，加工出导能筋。以碳纤维增强尼龙66(CF/PA66)为研究对象，对表面结构化后的CF/PA66进行超声波焊接，研究焊点形成过程，并对焊接接头微观组织进行观察，测试接头拉伸剪切性能，分析接头断裂机制和断口特征。结果表明，相比无结构化的CFRTP超声波焊接，通过超声波压印对母材表面进行结构化所加工出来的导能筋能有效地集中能量，降低焊点分布的随机性和分散性，提高焊接接头的质量。此外，对待焊工件的两个表面均进行结构化处理，可以得到缺陷更少的焊接接头。     

一种用于化纤丝饼包装的超声波封膜系统

目的完成塑料薄膜在包裹丝饼前的焊接工作。方法设计一种超声波封膜系统,阐述系统结构及工作原理,并分析塑料薄膜焊接质量的影响因素。结果针对化纤行业的特殊使用环境,结合了理论分析,确定了系统的焊接条件。结论该系统经实际应用,运转良好,具有推广价值。     

多失效模式下多状态伺服转塔刀架系统频率可靠性分析EI北大核心CSCD

根据频率响应函数特性曲线的连续性,传统频率可靠性分析中仅将共振区与非共振区二分化值得商榷。提出了多失效模式下多状态频率可靠性分析方法,综合考虑影响系统固有频率各结构参数的随机性、激励频率的随机性,应用Monte Carlo仿真估计出系统频率可用度,并根据相关性分析识别各结构随机参数对系统频率可靠性的影响。将该方法用于基于多体系统传递矩阵法所建立的伺服转塔刀架系统动力学模型中,研究了其频率可用度以及与系统状态最为相关的结构参数,所得分析结果为系统优化设计提供了依据。     

采用系统仿真方法数值模拟双层风幕立式陈列柜

将制冷系统的仿真模型与立式陈列柜的热卷吸系数关联式模型结合,提出双层风幕立式陈列柜系统的系统仿真方法,并编制计算机程序进行了仿真实验。根据仿真实验的结果分析了陈列柜系统冷凝温度、蒸发器面积和柜体参数的变化对陈列柜风幕送回风温度变化的影响规律。仿真实验的结果和试验测试值进行了对比分析,其最大偏差为1.9℃,平均偏差为0.9℃,说明本仿真算法具有工程应用价值。     

土质边坡的单元失效概率与失效模式研究

土质边坡系统失效概率与土体抗剪强度参数以及地下水位息息相关，在传统边坡可靠度分析中一般只考虑了土体抗剪强度参数的变异性，忽略了地下水位随机性带来的影响。该文将有限元离散技术、上限法理论、相关非高斯随机场模拟方法以及随机规划理论结合起来研究随机地下水位作用下考虑参数空间变异性的边坡系统失效概率。采用有限单元离散边坡土体，将边坡地下水位作为随机变量并考虑土体抗剪参数的空间变异性，基于塑性极限分析上限法构建边坡可靠度分析的随机规划模型；采用基于蒙特卡洛的迭代方法进行求解，得到边坡稳定性系数和速度场；根据边坡中单元的失效信息首次采用AP聚类分析方法来估算边坡的系统失效概率，发展了边坡系统可靠度分析理论。对一个经典的边坡算例进行了系统分析并与极限平衡分析方法、有限元方法结果进行对比，结果表明：随机地下水位作用下考虑参数空间变异性时，边坡存在多种失效模式，AP聚类分析方法可以根据失效单元的位置信息识别出边坡所有失效模式以及对应的失效概率；基于Matlab编制了高效的上限法并行程序，大大提高了计算效率。     

多失效模式下多状态伺服转塔刀架系统频率可靠性分析

根据频率响应函数特性曲线的连续性,传统频率可靠性分析中仅将共振区与非共振区二分化值得商榷。提出了多失效模式下多状态频率可靠性分析方法,综合考虑影响系统固有频率各结构参数的随机性、激励频率的随机性,应用Monte Carlo仿真估计出系统频率可用度,并根据相关性分析识别各结构随机参数对系统频率可靠性的影响。将该方法用于基于多体系统传递矩阵法所建立的伺服转塔刀架系统动力学模型中,研究了其频率可用度以及与系统状态最为相关的结构参数,所得分析结果为系统优化设计提供了依据。     

基于ANSYS二次开发的轮轨耦合模型及应用研究

基于ANSYS的二次开发技术,首先利用APDL语言提出一种具有广泛适用性的轮轨耦合相互作用计算方 法。在该计算方法中,车辆部分基于多体动力学理论建模,并通过APDL语言编程到ANSYS中,再根据有限元理论对 轨道部分进行仿真,充分考虑轮轨非线性接触,车辆系统和轨道系统分别采用显式积分和隐式积分求解。然后,通过 与文献中采用交叉迭代算法计算得到的车辆-轨道垂向耦合系统动力响应对比,验证模型和计算方法的正确性。最后, 以高速列车-CRTSⅡ型板式无砟轨道为例,利用该方法分析扣件失效数量对耦合系统动力响应的影响。研究结果表 明：单个扣件失效对车辆系统的动力响应影响有限,对于钢轨的动力响应影响较大;扣件失效数量的增加会显著增大 车轨系统的动力响应,加剧轮轨的磨耗和相邻钢轨扣件的失效。提出的计算方法可以对不同型式的轨道结构和轨下 基础进行分析,对于轮轨耦合动力特性的研究具有很好的适用性。     

单激励纵扭复合超声铣削系统研究

针对切削、焊接过程中超声复合振动能获得较高加工质量、效率及有助于延长刀具使用寿命,研究分析纵扭复合超声铣削系统运动特性及切削轨迹特征;基于斜梁振动原理,提出加工工艺简单、制造成本低的斜梁式超声变幅杆,并利用有限元软件ANSYS进行结构动力学分析, 证实通过单向激励可产生纵扭复合振动;应用研制的纵扭复合超声振动铣削系统对碳纤维复合材料进行切削试验,获得较好加工效果,从而验证理论分析与数值模拟结果的正确性。     

Nondestructive Evaluation of Welding Residual Stresses in Dissimilar Welded Pipes

This paper investigates the nondestructive capability of ultrasonic waves in residual stress evaluation of dissimilar welded pipes. Longitudinal critically refracted (L _CR ) waves are employed to measure the residual stresses in a pipe-pipe joint of stainless steel 304 and carbon steel A106. Measuring the acoustoelastic constant is usually accomplished through the tensile test which needs cutting the tested material to extract tensile test specimens. However, cutting the tested pipe to complement the nondestructive ultrasonic measurement was not considered here. Instead, a dissimilar welded plate with the same welding specification, joint geometry, thickness and the same dissimilar materials is used to extract tensile test samples. The measured acoustoelastic constant of the plate along with the measured time of flight of the L _CR wave on the pipe, are utilized for ultrasonic stress measurement. A finite element model of welding process validated by hole-drilling method is used to verify the ultrasonic results. The results show good agreement between finite element and ultrasonic measurements in the pipe measured without any destructive process.     

旋转超声内圆磨削砂轮变幅器的设计与试验研究

砂轮变幅器是旋转超声内圆磨削谐振系统的关键部件,其设计质量直接影响超声磨削的工艺效果。但目前内圆磨削砂轮变幅器缺乏较为完善的理论分析模型。为提高砂轮变幅器理论分析模型的通用性,基于非谐振设计理论建立了纵向谐振砂轮变幅器的理论分析模型,并利用砂轮变幅器各振动单元间的力、位移连续条件与边界条件推导了其频率方程。然后,针对频率方程进行编程求解,并通过ANSYS有限元仿真分析进行验证。最后,加工制作了纵向谐振砂轮变幅器,并开展阻抗特性分析试验、超声谐振试验和振动位移测量试验,分析了其谐振特性。试验结果表明,所研制的砂轮变幅器的谐振试验频率与理论设计频率一致,其输出端振动位移的试验值与仿真值的相对误差为7.83%,符合旋转超声内圆磨削的要求,验证了理论分析模型求解的正确性。研究结果为旋转超声内圆磨削砂轮变幅器的设计提供了便捷且有效的方法。     

铝/钢异种金属的超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺

采用新型超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺实现了6061-T6铝合金以及QP980高强钢的搭接焊, 对比分析了有无超声作用下, 接头的宏观形貌、微观组织和拉伸剪切性能, 同时研究了超声振动对焊接载荷的影响。结果表明: 焊接前对母材施加超声振动, 可以起到软化母材的作用, 促进了材料的塑性流动, 扩大了铝/钢界面区和焊核区, 使更多的钢颗粒随搅拌针旋转进入铝合金侧, 在界面区边缘形成钩状结构, 进而提高了接头的失效载荷; 超声改变了FSW接头断裂位置和断口形貌, 提高了接头力学性能, 在本实验工艺参数范围内, 接头最大的平均失效载荷为4.99 kN; 当焊接速度为90 mm/min, 下压量为0.1 mm时, 施加超声振动使接头的平均失效载荷提高了0.98 kN, 拉剪性能提升28.24%;施加超声振动后轴向力F_z、搅拌头扭矩M_t和主轴输出功率分别下降2.46%, 6.44%和4.59%。     

超声珩齿振动系统的设计方法及其动力学特性

超声辅助珩齿是一项应用前景良好的齿轮精加工方法,其振动系统的设计是关键技术之一。分析了变幅杆和齿轮振动时的耦合关系,对振动系统做了合理简化。在此基础上,结合边界条件,提出一种新的振动系统设计方法,并利用它设计了变幅杆,分析了变幅杆和齿轮的动力学特性。通过与有限元分析及试验结果比较,说明所提出理论模型是完全合理可行的,实例计算结果比有限元分析结果更接近实测值。所获得的结论对超声珩齿振动系统的设计有一定的指导意义。     

铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接接头组织性能研究

目的探究超声振动对铝合金搅拌摩擦焊的作用效果。方法分别采用普通搅拌摩擦焊和超声辅助搅拌摩擦焊方法,对7075铝合金进行焊接试验,并对焊接接头的微观组织、力学性能、断口形貌进行分析。结果普通搅拌摩擦焊焊缝中生成了隧道型缺陷,施加超声振动后,缺陷消失,形成了无缺陷的良好接头,且与普通搅拌摩擦焊相比,超声辅助搅拌摩擦焊焊缝热影响区晶粒长大程度较小,焊核晶粒细化。接头强度明显提高,达到铝合金母材强度的71.5%,接头断裂模式为韧窝和准解理的混合断裂形式。结论超声振动促进了塑性金属的流动,能有效抑制孔洞、隧道型缺陷等的形成,同时超声振动能在提升金属塑性的同时,降低焊缝的热输入。     

纵-扭复合超声振动加工系统设计及频率简并研究

纵-扭复合超声振动加工技术在硬脆性材料的加工中受到越来越多的重视,针对该种需求,设计了一种纵-扭复合超声振动加工系统,基于有限元方法对该类系统普遍存在的频率简并问题进行了研究。利用数值解析方法设计出超声换能器和超声变幅杆,之后在变幅杆上做出螺旋槽,一部分纵向振动转换为扭转振动;以目标频率附近的纵、扭谐振频率尽量接近为原则,利用有限元软件分析系统的结构参数对纵、扭谐振频率的影响规律,实现频率简并;在此基础上对系统进行模态分析和瞬态动力学分析,结果表明系统可以实现纵-扭复合超声振动,验证了此种频率简并方法的有效性和实用性。     

多环盘组合结构的横向弯曲耦合振动建模与求解

超声谐振系统是旋转超声加工的核心设备,而多环盘结构是超声谐振系统中一种典型的负载结构,其横向弯曲耦合振动分析对于超声谐振系统设计具有重要意义。基于Mindlin厚板动力学理论,利用环盘的位移、转角、剪力和弯矩的连续条件和边界条件,建立了多环盘组合结构的横向弯曲耦合振动分析模型,推导了频率求解方程,并基于MATLAB设计了多环盘横向弯曲耦合振动频率的计算软件。通过理论模型求解、有限元模态分析和齿轮模态实验之间的对比分析,验证了该求解模型的准确性和程序的实用性,为旋转超声加工系统的设计提供了技术参考。     

某车辆动力总成异常振动分析与改进

针对某SUV车柴油机动力总成产生异常振动导致操纵手柄剧烈振动这一实际问题,将振动试验测试与有限元仿真分析结合起来研究动力总成的振动动态特性。通过整车道路试验及转鼓试验,发现柴油机工作转速的二阶激励激起了动力总成系统共振,通过采用有限元方法建立了一种柴油机动力总成振动分析模型,计算分析了此动力总成的振动固有频率和固有振型,找到了导致动力总成弯曲刚度变差的原因—飞轮壳结构刚度不足。在验证了有限元仿真模型计算合理性基础上,通过改进设计飞轮壳结构,提高了动力总成的固有频率,使其避开了共振频率区间,最终消除了操纵手柄的异常振动。该试验与仿真分析方法对解决同类工程问题具有参考指导和应用价值。     

Influences of heat source model on welding residual stress and distortion in a multi-pass J-groove joint

Welding mechanical behaviors including residual stress and distortion are highly non-linear phenomena in nature. When numerical simulation methods such as thermal elastic plastic finite element method (FEM) are used to quantitatively predict welding residual stress and distortion, a long computational time is required especially for multi-pass joints. In real engineering structures, many weldments have large dimensions and complex shapes, and they are usually assembled by a multi-pass welding process. Therefore, it is necessary to develop time-effective computational approaches for practice engineering analysis. In this study, a method based on variable length heat sources was proposed for the analysis of thermo-mechanical behaviors for multi-pass joints. The welding residual stress field in a dissimilar metal J-groove joint with axis-symmetric geometrical shape, which was performed by a semi-circle balanced welding process, was investigated using the proposed method. The simulation results were compared with the measured data as well as the simulation results computed by a moving heat source. Meanwhile, the instantaneous line heat source was also employed to estimate the welding residual stresses in the same joint in an extreme case. The influences of heat source model (type) on welding residual stress and distortion were discussed.