基于柔性止动的MEMS惯性开关冲击可靠性强化

为了提高MEMS惯性开关的冲击可靠性,提出了一种柔性止动结构。首先,利用连续接触力理论建立了止动碰撞模型,通过Simulink对模型进行仿真,研究开关在不同止动形式下的响应特性。接着,从空间占用和应力集中的角度对悬臂梁和平面微弹簧两种止动形式进行讨论,设计止动结构。最后,利用UV-LIGA工艺制作开关样机,通过落锤冲击系统对样机进行测试。碰撞接触力对于冲击可靠性至关重要,Simulink仿真结果表明柔性止动结构能够极大的延长碰撞接触时间,从而降低接触力。同时,采用柔性止动还改善了碰撞后的弹跳现象,提高闭锁稳定性。冲击试验表明,开关累积失效分布函数符合韦布尔分布,标度参数(参考加速度)α=29 600、形状参数β=8.2。相比无柔性止动的MEMS开关,提出的柔性止动明显改善了开关的抗冲击性能。对柔性止动的建模、仿真与试验为MEMS惯性开关的抗冲击设计提供了有益参考。     

锻造模具的随机疲劳损伤分析

塑性应变控制的低周疲劳失效是锻造模具的主要失效形式，由于受到多种因素的影响，其损伤过程呈现随机性。应用有限元与BP神经网络，建立了一种基于损伤累积理论的锻造模具的随机疲劳损伤分析模型。首先用有限元对锻造过程中模具内的场变量进行分析，由计算结果找到模具的危险部位，认为危险部位失效时的寿命即为模具寿命，并计算出确定性损伤；再考虑模具材料及实际工况的随机性，应用BP神经网络对模具的损伤进行模拟；根据损伤的累积效应，得出考虑随机因素作用下的模具疲劳寿命。以锻造齿轮模作为分析对象，得到不同工况下模具疲劳寿命的频数分布，其分布规律基本服从Weiubull分布。另外，还分析了打击速度对模具寿命的均值和离差的影响及可靠性随使用次数的变化。该 模型可用来对模具进行寿命预测和可靠性分析。     

薄壁管数控弯曲成形过程有限元模拟系统的研究

建立了合理有限元分析模型,研究了有限元系统中单元的选取,边界和摩擦条件的处理,迭代收敛因子的确定以及起皱预测准则的建立等关键技术的处理。在此基础上自主开发了可预测起皱的薄壁管数控弯曲成形过程三维刚塑性有限元模拟系统。同时对该有限元系统的起皱预测结果进行了验证,并给出了一些模拟结果。     

轻型客车车身刚度灵敏度分析及优化

建立某国产轻型客车车身刚度有限元分析模型，确定有限元模型的边界条件及分析载荷，并对有限元模型进行试验验证。利用ANSYS软件就该车的车身骨架及车架各部件对车身弯曲刚度和扭转刚度的灵敏度进行分析，根据灵敏度分析结果选择设计变量，以车身的总质量和车身构件的最大应力为状态为量，以车身弯曲刚度和车身扭转刚度为目标函数，对该车的车身刚度和车身扭转刚度进行优化。     

基于显式动力学的某齿轮轴冲击应力分析

在恒定转速下对某航空发动机附件机匣齿轮轴施加冲击扭矩的测试中出现齿轮根部折断的现象,为了分析其原因,利用有限元隐式和显式动力学方法,对齿轮轴在冲击扭矩下考虑旋转离心应力的静、动应力响应进行了计算分析,仿真结果与测试结果一致.根据分析结果对齿轮轴失效部位参数化建模,以齿轮轴质量最小为优化目标,利用APDL进行了失效部位的结构优化.优化结果表明,改进后的设计满足齿轮轴的功能要求,冲击载荷下产生的动应力水平与静态下冲击载荷产生的静应力比较,动应力有较大幅度的增加,在设计过程中应对齿轮轴在较短时间内的冲击载荷下产生的动应力加以考虑,以保证齿轮轴的强度有足够的安全裕度.     

扩张调节片在多种载荷条件下的数值分析

战斗机发动机喷管技术是决定它良好的隐身性、高机动性、敏捷性等性能的主要因素。高推重比的要求使集收扩喷管普遍采用薄璧结构。这种结构在高温、高压作用下不但容易强度失效 ,而且还会导致结构变形过大。喷管的主要构件之一——扩张调节片的变形会大大降低战斗机的性能 ,甚至导致事故。本文建立了扩张调节片有限元模型 ,用有限元法计算出该构件的温度场 ,并对其进行不同载荷条件下 (分布载荷、热载荷、分布载荷和热载荷联合作用 )的应力和热变形分析。结果表明 :热载荷是影响该构件强度和刚度的主要因素 ;该构件强度符合要求 ,刚度有待提高。最后 ,提出了一种考虑热变形等因素影响的运动副间隙确定方法     

构架结构振动与动态应力仿真研究

首先利用有限单元法,建立了详细的构架有限元模型并求解其各阶振动模态,在此基础上建立了完整的刚—弹性体车辆系统动力学模型;通过动力学模拟计算得到了构架在车辆曲线通过和随机激扰下的结构振动响应;最后,将构架的动力学计算结果返回到有限元中,得到了构架的动态应力时间历程与分布特性。该种研究方式不仅完成了多体系统动力学研究中刚体与弹性体的有机结合,而且为转向架在结构设计阶段通过模拟计算就可获得车辆运行过程中构架的动态应力分布,为评估其疲劳寿命奠定了基础。该仿真技术同样实用于其他相关研究领域,如航空航天、工程机械和公路车辆等。     

垫片外缘最大应力对螺栓法兰连接结构泄漏率影响

螺栓法兰连接广泛的应用于石油化工等过程装备中,其是最重要的静密封连接形式之一,失效的主要原因是泄漏。利用有限元法对垫片的平均应力和外缘最大应力关系进行分析研究;采用解析方法预测螺栓法兰连接结构的泄漏率,并与试验结果进行对比,研究了垫片外缘最大应力与泄漏率之间的关系。结果表明,随着螺栓载荷的增加,法兰偏转程度增加,垫片平均应力与垫片外缘最大应力的差值逐渐增大;垫片外缘最大应力较平均应力对连接结构泄漏率影响更大。     

Effect of bipolar plate materials on the stress distribution and interfacial contact resistance in PEM fuel cell

In polymer electrolyte fuel cell (PEFC) system, ideal structural integrity design takes into account the end-to-end load transfer mechanism. Hence, structural durability of cell is dependent of individual layers response to the external clamp loading. Since failure modes of each layer differ from another, multidisciplinary approach is needed to innovative designs. Bipolar plate (BPP) of PEFC is multi-functional layer that has a significant potential for research to avoid its structural failure as well as neighboring layers. To this end, present work investigates the effect of BPP materials on the stress transfer as well as distribution in cell layers based on theoretical investigation for clamping load. Gas-diffusion layer (GDL) / BPP interface has drawn considerable interest among researchers due to its susceptibility for damage failure and other related losses. Hence, investigating the interfacial behavior and relating this to the electrical contact resistance is the key feature in proposed investigation.     

空间硬X射线调制望远镜(HXMT)结构动力学分析

针对空间硬X射线调制望远镜的载荷条件 ,基于有限元分析软件ANSYS ,建立了望远镜机械结构的有限元实体模型 ,并进行了相应的分析 ,计算了望远镜的固有频率、模态 ,并计算了望远镜过载条件下的应力和应变 ,为进一步对HXMT结构的力学分析和结构设计奠定了基础。     

圆螺纹套管接头应力分布规律研究

根据弹塑性力学理论建立圆螺纹套管接头的计算模型，利用有限元分析和全尺寸实验相结合的方法，详细分析套管接头在使用工况(包括上扣、上扣后加拉伸载荷、上扣后加内压载荷等)下的应力分布规律，指出载荷在各个螺纹牙上分布的不均匀性是制约套管接头性能的主要原因，提出改进接头应力状态、减少应力集中的主要措施。研究结果提高了对套管接头应力水平的认识，对改进套管连接螺纹设计，提高套管接头的连接质量具有一定的参考价值。     

弧齿锥齿轮固有振动特性分析

弧齿锥齿轮主要用于高速、重载的场合,有可能在额定转速内发生强烈的共振,振动应力急剧增大,致使齿轮过早引起疲劳破坏.运用APDL语言自主开发的弧齿锥齿轮建模程序建立了包含齿轮完整结构的有限元模型,计算了不同腹板厚度下的五个弧齿锥齿轮的固有特性,归纳了几种基本齿轮低阶振型种类.结果表明随腹板厚度的增加弧齿锥齿轮的固有频率有所增大,对变形和振动应力的影响效果则与振型有关.     

大速比摩擦传动中的柔轮精度分析

大速比摩擦传动,是一个具有传动精度高传动速比大的新型传动装置。柔轮是大速比摩擦传动结构中的关键件之一。在负载作用下,柔轮会发生微小变形。本文分别用弹性力学理论和有限元分析方法对柔轮建模,并用ANSYS软件分析了柔轮在不同载荷作用下的变形量;设计并制作了测量柔轮变形量的装置,在微小变形情况下,用0.2角秒电子水平仪测量了柔轮在不同载荷作用下的角度变形量,给出了一组柔轮理论变形量与实际变形量的对比数据。本文最后认为,柔轮变形的理论计算值可以设置在驱动系统的控制程序中,通过软件消除变载时的扭曲变形误差,从而提高传动系统精度。     

某浮空器抓手结构力学性能仿真与试验

浮空器抓手结构对维持囊体在外载荷下的平衡与稳定起关键作用.文中提出了一种基于褶皱仿真的浮空器抓手结构力学性能分析方法.以尾翼梯形抓手为研究对象,建立其有限元模型与主要力学参数.对尾翼抓手在面内拉伸载荷下的变形机理进行了分析.根据梯形抓手的成形特点,分析了结构典型的破坏方式并预测了破坏载荷.开展了抓手结构破坏试验,从膜面变形、破坏位置和破坏载荷方面验证了仿真方法的有效性.文中的分析方法和结果可以为提升现阶段浮空器抓手的设计效率和设计质量提供技术基础.     

复合材料板应力集中数值模拟分析及光弹性实验验证

荷载作用下复合材料构件应力分布状态的分析是工程实践中的一个重要环节。构件中的应力集中现象将使其产生疲劳裂纹,也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。而对应力集中区域的有限元计算分析是一种数值模拟方法,有一定局限性,但其有效性可以通过相应的光弹性实验加以验证。     

柔性机器人协调操作系统的动力特性分析

进行了柔性协调操作机器人的动力特性分析，给出了协调操作柔性机器人各杆的动应力的计算方法，分析了其与机构构件动应力计算方法的不同，并对两3R柔性机器人协调操作一刚性负载系统进行数值仿真，计算了各杆始端、中点和末端的动应力以及每杆最大瞬时动应力和末端位置、转角误差，分析了所得结果。     

滚动试验台飞轮负载装置过盈量分析

根据弹塑性力学理论,确定了滚动试验台中飞轮负载装置过盈量,并通过有限元方法进行了详细地分析,得出了飞轮与飞轮轴之间的应力分布云图.分析结果表明,飞轮与飞轮轴之间的过盈量既保证了扭矩传递的需要,又确保了飞轮与飞轮轴有足够的强度,设计合理.     

柔性臂动力学模型的比较研究

柔性臂系统控制经常采用的是简支梁模型和悬梁模型 ,但对哪一种模型更准确的问题尚无统一的认识。本文建立了单柔性臂系统的间支梁模型、悬臂梁模型 ,求出了它们在几种条件下的广义应变响应 ,并与有限元模型的结果进行比较。仿真结果表明 ,悬臂梁模型与有限元模型具有较高的一致性 ,它比简支梁模型更准确     

轧机油膜轴承锥套接触疲劳损伤的机理分析

研究了油膜轴承锥套与辊颈接触表面在轧制载荷作用下发生微动疲劳损伤的力学机理。在分析油膜轴承油膜压力分布特征的基础上,采用有限元法给出了锥套与辊颈接触区边缘产生接触应力集中和微滑移的分布规律,阐明了弹性结合连接的锥套与辊颈接触表面产生微动疲劳损伤的原因。利用断裂力学裂纹尖端应力场与接触边缘区域应力局部渐近场的等效原则,给出了疲劳裂纹自点蚀处萌生与扩展的力学条件。上述结果为锥套和辊颈的实际损伤状态及模拟试验所验证。     

Three methods for studying coupled vibration in a multi flexible disk rotor system

This paper improved and developed Shaft-disk-blade (SDB) rotor system based on the previous studies of the authors in the last decade from Yang and Huang (2005) to Chiu et al. (2017). This paper also explored blade-bending, disk-transverse, and shaft-torsion coupling vibration of a multi flexible disk rotor system. Unlike the previous studies of the authors, this paper adopted three methods: (a) Assumed mode method (AMM), (b) Finite element method (FEM), and (c) experimental method. The first approach is the main method, and the two other methods are complementary. Results generated from the three methods were then compared and analyzed. Based on the previous definition of the authors, a flexible disk rotor system displays three types of coupling vibrations: Inter-blade, SDB, and diskblade modes. The system changes the rules of natural frequencies and mode shapes. This paper presents several interesting results. First, the author determined the change rules of the mode shapes and natural frequencies using the AMM, FEM (including three kinds of software), and the experimental method. Second, numerical calculation results also revealed that two phenomena regarding the distance of disk and flexible disk would be affected by the natural frequencies. Third, the experimental results would be explored in this paper. Last, the flexible disk could affect the system instability in the case study of rotation effects.