20 ft敞顶箱卷钢通用运输座架设计及强度检验

目的 在国家大力发展集装箱多式联运的背景下，研究20 ft(1 ft=304.8 mm)35 t敞顶集装箱的卷钢运输方式，根据卷钢的不同规格设计2类卷钢座架并分析验证其强度性能。方法 利用SolidWorks软件建立座架三维模型，利用Ansys Workbench软件分析座架在静载与冲击条件下的位移与应力变化，然后进行静载与冲击试验，依据《铁路货物装载加固规则》与《机车车辆强度设计及试验鉴定规范车体第2部分:货车车体》规定，对仿真结果与试验结果进行比较分析。结果 在静载与冲击工况下，仿真分析结果的位移与应力均不超过结构材料的最大许用值;试验结果前后座架状态完好，未发生明显损伤变形等情况;2类座架仿真分析结果与试验结果的最大绝对偏差仅为20.19 MPa和22.23 MPa，表明仿真分析结果具有较大精度。结论 设计的20 ft 35 t敞顶箱卷钢运输座架模型设计合理，强度符合规范要求，能够满足卷钢安全高效的运输需求。     

某新型导弹包装箱-箱架联吊动力学仿真分析

目的 研究某新型导弹包装箱-箱架系统的动力学响应。方法 建立包装箱-箱架系统的动力学模型,利用有限元分析方法对其进行联吊工况下的瞬态动力学分析,并通过试制样件进行联吊工况的试验。结果 通过仿真分析得到了箱架系统起吊过程中各部位处的应力结果。在包装箱-箱架以1×4,2×2等2种堆码方式起吊时箱架系统的最大应力分别为78 MPa和158 MPa,以1×4堆码方式起吊时箱架系统的最大应力水平明显低于2×2堆码方式起吊时的最大应力水平;2种工况下起吊的最大应力明显小于材料的屈服强度。结论 箱架系统以2.5g的冲击联吊载荷起吊时结构不会发生强度破坏。包装箱在进行吊装试验后,包装箱外形结构完好,无破损,无裂纹,无影响使用的永久性变形。     

潜孔钻机单支腿支撑平台受力分析

在潜孔钻机支撑平台结构设计时,存在工况考虑相对简单、忽视误操作导致极限工况等问题.为研究不同工况下平台的危险区域,详细地对潜孔钻机单支腿支撑的平台进行受力分析,确定正常和极限工况,基于力学平衡理论和变形相容条件,建立其力学模型,利用ANSYS对平台进行静力学有限元分析,得出各个工况下平台的最大应力、变形以及局部应力集中区域.结果表明:极限工况下,平台的最大应力、变形值均超过正常工况,且该结构大部分区域处于低应力状态,具有一定的静强度,符合工况的设计要求.研究结果为平台结构的优化提供参考.     

基于车体协同的铁路运输轮式货物轮挡设计

目的 为保证运输安全,轮式货物在铁路运输过程中需要用轮挡限位。针对我国铁路运输轮式货物的现状及存在的问题,提出车体与加固装置协同设计的理念,设计一种轮挡可调式,适用于多种规格的轮式货物,存用一体、可靠性高、使用快捷。方法 利用SolidWorks建立轮挡三维模型,通过铁路运输加固强度计算,确定在最不利状况下对轮挡的强度要求,进行载荷和约束分析,利用有限元分析软件SolidWorks simulation进行仿真计算及强度分析。结果 得到该轮挡在最不利工况下的应力及位移情况。最大应力出现在轮挡底面与活动销连接部位,最大应力值为499.9 MPa,不超出设计所用材料的许用应力（585 MPa）;最大位移为0.99 mm,在允许范围内。结论 该轮挡的强度满足安全运输的要求,用于多种轮式货物铁路运输装载加固,可有效提高加固效率。     

剪叉式升降平台设计与有限元分析

目的针对市场上现有单级剪叉式升降平台的不足,提出一种可变幅面、可设定升降高度的剪叉式升降平台,设计其机械结构,并进行力学性能分析。方法利用三维建模软件SolidWorks对升降平台进行三维实体建模;利用有限元分析软件Ansys Workbench建立有限元模型,对其静态承载性能进行仿真分析。结果得到了该平台在特定载荷下,在升起且伸缩台板合上,升起且伸缩台板拉开,降下且伸缩台板合上,降下且伸缩台板拉开4种工作状态下的总体变形和等效应力情况。其中最大总体变形主要位于伸缩台板左边缘,上述4种工作状态下的最大总体变形分别为1.97,1.07,0.73,0.33 mm,都在允许范围内;最大等效应力出现在剪刀撑铰点附近,上述4种工作状态下的最大等效应力分别为47.51,40.10,185.34,170.02 MPa,均小于结构钢材料的屈服极限(235 MPa),强度满足要求。结论所提出的可变幅面、可设定升降高度的剪叉式升降平台,拓展了传统升降平台的功能。     

立式钢卷十字型钢托架结构研究与实现

目的针对传统木托架在钢卷包装运输过程中存在的适应能力差、强度不足和使用寿命短等缺陷,根据某企业的需求,设计了一种尺寸可调节、可承载不同规格立式钢卷的十字型钢托架结构。方法该结构主要由十字型连接件和4个可伸缩的托架臂构成,通过可伸缩托架臂设计,实现了尺寸的可调节功能。结果对托架进行抗弯强度和刚度计算,得出托架的最大应力和最大变形分别为50.23MPa和0.54 mm。对托架进行承载钢卷时静态有限元软件验证的结果分别为50 MPa和0.64 mm。结论该托架力学性能的分析计算结果与有限元仿真结果基本相符,表明其承载能力是合格的。     

铁路20 ft玻璃平台式集装箱设计及其有限元分析

目的针对铁路运输玻璃的过程,存在包装成本高、效率低、破损率高等问题,设计一种安全稳定、结构简单、可重复循环使用、可拆解的铁路20 ft(1 ft=0.3028 m)玻璃平台式集装箱。方法制定算例装载加固方案,使用SolidWorks软件对玻璃平台式集装箱进行实体建模和有限元分析,按照集装箱强度和变形量的技术要求,进行可承载的载荷极限计算。最后,将平台式集装箱裸包装玻璃分别与木箱包装形式、公路运输方式进行包装成本、运输成本比较。结果分析得出,玻璃垂向载荷应力最薄弱环节为275.0 MPa;吊起时,最薄弱环节应力为254.3 MPa,纵向载荷应力最薄弱环节为288.5 MPa;各方向应力均小于Q345低合金钢的许用应力(345 MPa)。垂向载荷位移最薄弱环节变形量为5.358 mm;吊起时,最薄弱环节变形量为5.876 mm,纵向力位移变形量为5.156 mm,各方向位移变形量均合理。从经济角度分析,平台式集装箱裸包装玻璃运输成本最小、包装成本最低。结论文中设计的铁路20 ft玻璃平台式集装箱市场前景可观,可极大地提高玻璃运输效率,降低物流成本。     

钢-STC轻型组合桥面大跨径钢箱梁步行廊桥结构分析

步行廊桥布孔形式为(58.6+110+58.6)m,上部结构为变截面连续钢箱梁,采用钢-STC轻型组合桥面结构。用有限元软件建立桥梁空间模型对其进行了整体分析;并建立局部模型研究钢-STC轻型组合桥面结构对正交异性钢桥面板应力的影响。结果表明该桥强度刚度均满足规范要求,钢-STC轻型组合桥面结构可以提高桥面板局部刚度,且可减少桥面板应力,应力降幅约23.2%～40.5%,为类似的梁桥设计提供参考依据。     

BS600高强钢油罐车罐体轻量化研究

目的 为了有效降低油罐车的能源消耗和污染物排放,完成油罐车罐体减重30%的轻量化目标。基于有限元仿真与试验,验证使用高强钢替代罐体原材料实现油罐车轻量化方案的可行性。方法 利用ANSYS有限元软件,在3种不同工况下,对使用新材料的罐体进行强度、刚度分析;基于仿真结果,对3.5 mm厚的BS600高强钢板材进行焊接试验、金相组织观察以及拉伸试验,以评估BS600钢的焊接性能;对焊接后的BS600钢材进行小件和大件的弯曲试验,以验证BS600钢的弯曲性能。结果 在3种工况下,罐体的最大应力为288 MPa,小于材料的许用应力,罐体强度满足要求;罐体的最大变形量为5.92 mm,刚度满足要求;焊接后拉伸试样的抗拉强度为720～730 MPa,高于母材强度;焊接接头断口的断裂特性为韧性断裂与脆性断裂的混合断裂;弯曲后的小件BS600板材未出现裂纹,弯曲后的大件罐体焊缝缺陷数量较少,焊缝质量良好。结论 所设计的高强钢材料的厚度符合罐体各工况要求,高强钢的成形工艺可行性良好。罐体减重能达到30%,具有良好的工程应用价值。     

板级跌落碰撞下无铅焊点的有限元分析

为了预测跌落碰撞下球栅阵列(BGA)封装中无铅焊点的失效,采用ABAQUS软件来模拟跌落碰撞过程中焊点的应力分布.首先建立圆形电路板(PCB)组件的有限元模型,接着用模态试验和有限元模拟相结合的方法确定有限元模型的边界条件和PCB的阻尼参数,然后运用ABAQUS有限元软件模拟PCB组件从三种高度下跌落碰撞过程中BGA封装中无铅焊点的拉应力分布.结果表明:封装最外圈四个拐角焊点的拉应力最大,最大拉应力出现在焊点靠近封装的一侧.由此预测最外圈拐角的焊点最易失效,焊点失效的位置在靠近封装一侧.     

接装机吊具设计与强度分析

目的 为保障大型工业机械装配、包装、起吊与转运的安全性,对其吊具系统进行结构强度分析与优化设计。方法 设计地脚承重试验,采用称重传感器获得接装机重量,确定吊具载荷。建立烟支接装机吊具有限元分析模型,研究偏载系数为1.5时准静态状态下吊具的应力应变分布规律。基于结构最大应力和许用安全因子,对吊具结构进行优化。结果 优化后底板最大应力为79.6 MPa,安全因子大于3。起吊构件的最大应力为47.6 MPa,安全因子大于5。撑杆部件结构优化后,撑杆最大应力为175 MPa,安全因子大于1.3。接装机起吊试验结果表明,设计的吊具可安全起吊和转运接装机,试验结果与模拟结果相符。结论 设计与优化的吊具结构满足强度要求,能安全起吊、包装和转运接装机。本文的研究为工业机械设备系统性包装运输的安全设计提供了重要理论依据。     

包芯线自动包装机的设计与分析

目的针对手工包装包芯线卷效率低和包装质量参差不齐等问题,设计一种最大质量为1500 kg的包芯线卷自动化包装机。方法根据包芯线卷的主要参数和包装工艺流程,结合包芯线卷在包装过程中的实际要求进行包装机的结构设计,包括包膜准备装置、热封装置、焊接系统、气压系统。结果设计出了完整的总体尺寸为3200 mm×1200 mm×2000 mm的包芯线卷自动包装机,完成了包装机模拟装配仿真、气压系统的调试。仿真结果表明,大小膜牵引器速度为0.11~0.5 m/s;关键零部件U形钩的有限元分析结果表明,最大位移发生在U形钩底部,其最大等效应力为29.871 MPa,装置的强度满足设计要求。结论总结包芯线包装目前存在的问题,从满足企业可持续化需求角度对包装机进行了创新设计与仿真优化,实现了包芯线卷自动化、标准化包装,为企业节约了人工成本。     

铸轧辊套热膨胀及热应力的有限元分析

本文在利用已有的有限差分法求解获得铸轧辊辊套温度场的基础上,采用有限元法分析了铸轧辊辊套相应的热变形和热应力。获得了热变形结果,以及在铸轧辊中产生的各种应力情况,其中第四强度理论的最大相当应力为703.7MPa,所得结果有助于解释辊套为何需采用用高强度钢材。     

某飞行器通用包装箱结构设计研究

目的 针对每种飞行器都需要设计专用的包装箱现状，设计一种新型通用化的包装箱，满足运输与起吊要求，可适应多种飞行器的使用。方法 根据设计要求进行了包装箱的结构设计，利用有限元分析方法与工程算法对运输工况、起吊工况进行分析，并进行可靠性、安全性、维修性和保障性分析。结果 得到了在运输与起吊最大质量产品工况下，包装箱钢骨架的最大应力分别为166 MPa和215 MPa，小于材料的屈服强度，满足强度要求，且具备较高的可靠性、安全性、维修性和保障性。结论 包装箱结构设计满足设计要求，可用于多种尺寸的飞行器运输，降低了设计成本。     

大幅面高速重载模切机动平台传动肘杆分析及设计

目的 利用Ansys有限元软件，对模切机肘杆进行分析及优化设计，实现高速重载模切机动平台高精度、高可靠性、高速平稳运行。方法 采用Adams动力学分析方法，对传动肘杆运动的位移、速度和加速度进行分析，得到其曲线，分析其是否满足重载高速运动工况下模切机的运动规律；利用牛顿-欧拉方法求解复杂多刚体运动系统动力学问题，求出下肘杆受力的数值解，利用有限元分析软件对动平台传动肘杆进行有限元分析，得到在加载一定压力下的应力、应变的云图，并与数值解进行对比分析，判断下肘杆机构是否满足重载的需求。结果 得到了肘杆部件的应力云图和变形云图，及其各个零件的最大应力，应力最大值为469.1 MPa。结论 利用有限元分析的手段，从理论上指导模切压力试验平台的结构优化设计，提高了设计的准确性，缩短了产品的试制周期。     

Evaluation of local fatigue strength in spot weld by small specimen

It has been reported that high strength steel sheet cannot improve fatigue strength of components with a spot weld. The purpose of this study is to discuss the dominant factors on the fatigue strength of spot weld in order to clarify the reasons. A new fatigue testing technique is developed for a small specimen with a total length of less than 3 mm, and the local fatigue strength of heat‐affected zone (HAZ), which is the crack initiation site in the joint, in a mild steel sheet (270MPa‐grade) and a high strength steel sheet (590MPa‐grade) are evaluated by this technique. The fatigue strength of HAZ is almost equal in both steels although the tensile strength of the 590MPa steel is higher than that of the mild steel. The stress in the tensile‐shear spot‐welded joint under cyclic loading and the residual stress by the spot‐welding are evaluated by finite element analyses. The residual stress is tensile in both steels. However, the plastic deformation takes place in the joint of the mild steel and this releases the residual stress. On the other hand, the stress in the 590MPa steel is elastic and the residual stress decreases the allowable alternating stress. The stress under the condition of the experimental fatigue limit of the joint considering the residual stress coincides well with the fatigue limit diagram of HAZ, which means that the fatigue limit of the joint is determined by the fatigue limit of HAZ and the residual stress.     

面向芒果包装线的分拣机械手臂承载能力研究

目的为了减少芒果包装线上生产事故的发生,解决并联分拣机械手臂承载能力的问题。方法深入讨论芒果分拣机的并联机构与大小臂结构设计问题。通过Solid Works simulation有限元分析各关键构件的应力状态,并且定义安全系数图解以评价其结构设计是否合理。结果大臂所受最大应力为8.056MPa,其许用应力为75.829 MPa;小臂所受最大应力为31.659 MPa,其许用应力为50 MPa;安全系数图解显示大臂和小臂颜色均为蓝色(蓝色则表示处于安全区域)。结论构件所受应力远远小于许用应力,并且构件处于安全区域,证明所设计的芒果分拣机械手结构具有可行性。