基于拓扑优化的重型矿用自卸车翻车保护结构设计

翻车保护结构（roll-over protective structure,ROPS）是安装在工程车辆驾驶室中的一套被动保护装置,能在翻车事故中为驾驶人员提供有效的保护。为解决ROPS承载能力、刚度、轻量化和侧向吸能效果之间的矛盾,将基于变密度法的拓扑优化技术引入重型矿用自卸车ROPS设计中,以解决ROPS在给定设计域内的材料最优分布问题,提高ROPS侧向吸能效果和垂向、纵向的刚度,减轻自重。首先,利用OptiStruct结构优化模块对ROPS进行拓扑优化设计,以多工况组合应变能最小为优化目标,按照国际标准规定的性能要求施加载荷和约束条件。基于拓扑优化结果,对ROPS进行详细设计。然后,利用显示动力分析软件LS-DYNA对ROPS的最终设计模型进行动态加载分析。最后对优化后ROPS的性能与原ROPS的性能进行对比分析。结果表明：拓扑优化设计后的ROPS在3个工况下都没有入侵DLV（deflection-limiting volume,挠曲极限量）,满足国际标准中的承载能力要求;在侧向加载中最大能量吸收达到175 kJ,满足国际标准中的侧向能量吸收要求;相较于原ROPS,拓扑优化设计后的ROPS达到侧向能量吸收要求所需的载荷从1 324.5 kN减小到1 231 kN,加载中心点的垂向位移减小21.3%,纵向位移减小34.4%,质量减小24.1%。研究结果为重型矿用自卸车ROPS的设计提供了新方法,对后续ROPS的设计与改进有一定的指导作用。     

三维测量试验样机结构虚拟设计

 根据三维测量系统要求设计了中刀结构和轴承结构方案,为便于通过试验手段比较这2种方案的性能优劣,对试验样机提出了各种设计要求。制订了具体的虚拟设计流程,基于Pro/E软件建立了参数化实体模型,循环进行了有限元静力学分析和重心坐标计算等。设计了试验样机的具体结构,分析表明设计结果符合试验样机的各种要求。虚拟设计技术的应用显著提高了设计质量和效率,简化了分析计算过程。该设计流程为其他试验样机的设计提供了参考。     

复合材料机身曲板环向弯曲加载试验及失效机制

对复合材料机身曲板进行了环向弯曲加载试验,采用四点弯加载方式对考核段进行纯弯加载,设计一种加强连接方式避免加载段提前破坏,通过试验对机身曲板的环向稳定性和破坏模式进行了分析。同时,建立了基于内聚力单元的考虑长桁与蒙皮粘接界面损伤的有限元模型,分别使用Quads准则和Hashin准则作为界面和层合板的失效判据分析曲板结构的失效机制,计算结果与试验结果吻合较好。试验及有限元分析结果表明,长桁帽底蒙皮的局部屈曲引起长桁与蒙皮粘接的R区出现初始开裂,并最终扩展为长桁脱粘。随着蒙皮屈曲及长桁脱粘的扩大,蒙皮由局部屈曲变为整体失稳而失去承载能力,最终导致隔框承载过大而发生断裂。根据初始损伤模式,采取了长桁帽内全包工艺改进设计,改进后的曲板结构稳定性和承载能力分别提高了21.9%和16.8%。      

空腹式型钢混凝土异形柱中框架受力机理的有限元分析

在试验研究的基础上, 采用通用有限元软件ABAQUS对空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架在单调荷载作用下的受力机理进行了研究。计算和分析了该结构的水平荷载-位移骨架曲线;对结构整体及节点核心区等关键位置在加载结束时的变形进行分析, 并与试验结果进行对比。分析表明, 有限元计算曲线与试验实测曲线吻合较好, 结构有限元模拟的最终变形与试验结果较为一致, 验证了建立的有限元模型的合理性。对结构受力全过程典型时刻、典型位置处的混凝土及型钢截面应力分布和发展规律进行了分析, 揭示了空腹式SRC异形柱中框架的受力机理, 可为这类结构的设计及其工程应用提供参考。     

空气能热水器低频噪声分析与控制

针对某型空气能热水器,借鉴汽车NVH特性研究技术,利用试验方法采集样机数据,分析数据中异常噪声频率分布,识别出主要噪声频率。在空气能热水器机箱下部结构有限元与声学有限元以及声—固耦合有限元建模基础上,分别对三者进行模态频率计算,通过对比分析三者的模态频率,确定空气能热水器低频噪声产生的主要原因。根据分析结果对机箱结构优化和改进,并对整改机型进行试验测试。结果表明,与样机相比整改机型的低频噪声得到很好地控制,为空气能热水器低频噪声的分析与控制提供一种有效的方法。     

葵花型索穹顶结构力学性能及拉索破断试验研究

通过对一直径6m的葵花型索穹顶试验模型,进行竖向对称加载、非对称加载以及拉索瞬间破断试验,研究了该结构的受力特点以及单根拉索瞬间破断时结构的响应特征。应用非线性有限元数值计算方法建立索穹顶计算模型,对葵花型索穹顶结构的力学性能进行了分析,并与试验结果进行比较。结果表明:在各加载阶段,节点竖向位移实测值普遍较计算结果偏大,拉索索力实测值与计算结果总体吻合较好;对称加载过程,结构的荷 载-位移关系具有较好的线性规律;与对称加载比较,非对称加载的荷载-位移关系则表现出非线性,节点位移也较大,非对称荷载对结构竖向刚度的设计起控制作用;单根拉索瞬间破断时,结构会有微幅振动,不同位置拉索的失效对结构的影响程度不尽相同。     

高速动车组水箱吊装结构有限元对比分析

本文通过对高速动车组水箱吊装结构进行有限元分析,详述了模型的简化方法、加载情况以及计算结果,得出了原吊装结构不满足强度要求;并根据计算结果提出了优化改进方案,最后通过对优化方案进行有限元分析,得出新结构满足强度要求。     

空调压缩机停机时管路应力分析和优化

针对空调压缩机工作时,导致管路疲劳的问题,本文通过对压缩机停机时的受力分析,得出停机时管路系统所受的载荷,应用有限元的方法,对管路进行应力分析,分析的结果同试验结果一致。针对停机时管路系统应力大的问题,给出管路系统的改进方案,并通过有限元进行了验证,改进方案进行了样机试制和样机测试,测试结果表明,改进后的方案,应力降低了28.5%,能满足标准的要求。     

阻干态微生物穿透性试验仪试验平台结构设计的仿真分析

对阻干态微生物穿透性试验仪试验平台样机的测试数据分析,指出试验平台样机存在的振动响应问题,通过PROE设计软件的有限元分析和仿真设计,提出试验平台的改进设计方案,给下一步设计及应用提供参考。     

复合材料对挖掘机驾驶室ROPS性能的影响

受到挖掘机工作环境恶劣、工作强度高等因素的影响,各类事故时有发生。复合材料具有比强度高、耐疲劳性高、抗断裂能力强等优点,非常适合挖掘机。结合非线性有限元理论,以某挖掘机翻车保护结构为研究对象,进行ROPS有限元仿真。研究驾驶室立柱板厚度、复合材料的贴附位置以及厚度对ROPS有限元仿真结果的影响,确定复合材料应用于该ROPS的可行性。     

高层建筑结构振动台模型试验与原型对比的研究

振动台模型试验是研究结构地震破坏机理和评价结构整体抗震能力的重要方法之一,如何正确处理试验模型与原型的相似关系以及如何由模型反应正确推导原型反应是很关键的问题。基于振动台试验,以12层的高层建筑框架结构为模型,对其进行了模型设计和试验,并运用大型非线性有限元分析软件MSC.Marc分别对原型结构和模型进行了地震作用下的动力响应分析。由模型地震反应按照动力相似关系推导出原型结构的地震反应,并将其与原型结构的计算值进行对比分析。通过对原型与模型自振特性、加速度、位移和剪力的对比,验证了模型与原型相似关系的准确性,振动台模型试验可以真实的反映原型结构的地震响应,据此,根据模型的试验结果可以对原型结构进行抗震性能的评估。     

结构参数对磁力平衡头自锁和启动力矩的影响研究

为了简化平衡头的自锁结构,提出了一种磁路自锁型电磁—永磁混合式平衡头。当线圈不通电时,依靠相邻两个永磁体与磁性内齿盘之间的磁阻最小,平衡头锁定在稳定位置。当线圈通电后,在电磁场和永磁体作用下,平衡头启动并向下一稳定位置运动。讨论了影响平衡头自锁力矩和启动力矩的结构参数,并对各个参数的取值范围进行了初步设计。通过有限元电磁分析,得到了其与自锁力矩、启动力矩之间的量化关系。基于此,设计并开发了一套电磁平衡头样机,完成了其自锁可靠性计算和启动能力试验。对比计算和试验结果,平衡头结构设计和参数选取正确。研究工作为该平衡头的工程应用提供了重要的参考价值。     

木托盘有限元分析自动化

目的实现木托盘设计与自动化分析一体化。方法基于Creo建立托盘模型库,利用AnsysAIM日志和脚本记录功能,使Creo软件与Ansys AIM无缝连接,实现对模型结构的自动化有限元分析。随后分别对木托盘进行抗弯和角跌落试验,并进行有限元分析与实物试验验证,证明Creo与Ansys AIM自动化分析一体化的可靠性。结果有限元分析与试验结果都满足标准中规定的性能要求,偏差分别为5.2%和6.8%,在标准范围内,说明仿真分析结果具有一定的参考价值。结论完成了基于Creo平台快速、准确、易操作的木托盘设计与自动化有限元分析系统一体化,解决了有限元分析操作难度大、效率低的问题。     

复合共鸣腔Janus宽带换能器

提出了一种复合共鸣腔Janus换能器设计思想。在Janus-Helmholtz换能器基础上，增加Janus-Hammer Bell的圆环谐振模态，利用换能器三种工作模态的互相耦合，有效拓宽了换能器的工作频带。同时换能器整体采用溢流设计，实现内外静水压力平衡，适用于深水工作。文章首先介绍了复合共鸣腔的工作原理，给出了圆环模态谐振频率的近似估算公式，通过与有限元方法结果对比证明了近似公式的有效性。利用有限元方法对换能器进行了结构优化，并根据优化结果制作了实验样机。最终测试的结果与仿真结果呈现了很好的一致性。     

长输管道悬索跨越结构静动力性能的有限元分析

应用ANSYS有限元程序,建立长输管道悬索跨越工程原型和1∶8试验模型的有限元计算模型,对有限元计算模型进行静力、模态和地震反应的有限元分析。结果表明:静力计算和模态分析中,计算结果与试验结果吻合很好,2个有限元模型的计算结果能较好地满足模型设计相似比,试验模型能较好地反映原型结构的性态;地震反应分析和试验中,输入的最大横向和竖向地震反应加速度折合原型均超过0.4g,但模型构件未发生破损,结构体系保持稳定,表明悬索跨越结构具有抗御地震烈度9度而保持使用功能的能力,但有限元模型地震反应计算结果与试验实测值之间存在着一定差异,分析了造成差异的原因。     

海上风力塔架结构模型振动台试验研究

目前风力发电技术发展迅速,风电塔架结构作为风机的主要支撑结构,其在地震作用下的安全性十分重要.对于此种三脚架结构还未进行过振动台试验研究,所以该文利用地震模拟振动台试验的方法对海上风力发电塔三脚架结构1 ∶ 20比例模型进行了系列的试验,研究了模型结构的动力特性,以及在加速度峰值0.3g、0.6 g和0.9 g作用下结...     

有限元在波纹管稳定性分析中的应用

本文简要介绍了结构稳定性理论和有限元屈曲分析理论,通过建立波纹管材料简化模型和有限元模型,对不同单元模型下的波纹管进行内、外压屈曲分析,并对结果与实验值进行了分析。