基于振动疲劳试验的复合材料螺栓连接预紧力松弛特性

在强迫弯曲振动试验的基础上,建立了基于模态参数(共振频率和阻尼比)表征螺栓连接结构动态性能的分析方法和试验测试手段;通过施加不同初始预紧力和激振频率,探究碳纤维/环氧复合材料螺栓连接预紧力松弛的时变行为及其影响因素。结果表明:在10h振动疲劳过程中,螺栓初始预紧力越小,激振频率越大,连接件预紧力松弛程度越大;振动疲劳损伤会导致连接结构刚度衰退、阻尼增加;复合材料螺栓连接松弛受到材料黏弹性以及界面摩擦的共同影响,其中约50%的松弛是由复合材料黏弹性效应引起的。      

考虑预紧力与阀杆力的电动截止阀体应力分析

建立了有预紧力的截止阀有限元计算模型，阐述了预紧力单元的原理及分析方法，利用ANSYS程序对截止阀在考虑和不考虑螺栓预紧力及阀杆闭合力作用下的应力进行了计算。结果表明，法兰螺栓预紧力及阀杆闭合力对阀体应力的影响不可忽略。     

考虑紧固螺栓的三排滚柱式转盘轴承载荷分布计算

螺栓是转盘轴承的关键紧固件。为考察紧固螺栓工作参数对转盘轴承载荷分布的影响,提出了一种针对三排滚柱式转盘轴承的有限元等效建模方法。首先,基于三排滚柱式转盘轴承的结构特点和受力情况,建立考虑紧固螺栓的转盘轴承有限元模型,并从减少计算量和保证计算效率等方面考虑,采用非线性弹簧单元模拟滚子,通过有限元仿真快速获取了该转盘轴承的载荷分布。然后,设计并开展三排滚柱式转盘轴承静态加载试验,通过有限元仿真结果和试验结果的对比验证了所构建有限元模型的准确性。最后,基于构建的有限元模型,分析了螺栓预紧力和螺栓结合面处摩擦系数对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响。仿真结果表明：螺栓预紧力对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响显著,而螺栓结合面处摩擦系数的影响微弱,其中上排滚子承受的最大载荷随螺栓预紧力的增大而增大,下排滚子承受的最大载荷随预紧力的增大而减小;在轴向力和倾覆力矩的联合作用下,三排滚柱式转盘轴承下排滚子承受的载荷总体上高于上排滚子,充足的螺栓预紧力可以提高转盘轴承的承载能力,而螺栓预紧力不足则会使下排滚子承受更大的载荷,导致转盘轴承提前失效。研究结果可为转盘轴承的安装和后期维护提供参考。     

微动损伤对复合材料螺栓连接预紧力松弛的影响

开展了横向循环载荷下复合材料螺栓连接件预紧力松弛试验,探究了材料疲劳损伤与接触面微动磨损联合作用下螺栓连接预紧力松弛过程。基于有限元软件ABAQUS,采用Archard磨损模型和ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）自适应网格技术,编制了适用于连接结构微动磨损的UMESHMOTION子程序,建立了分析连接支承面微动磨损的计算模型;利用子程序UMAT编制了Shokrieh和Lessard提出的疲劳累积损伤定量分析程序。在此基础上分析了复合材料疲劳损伤、螺孔伸长及接触磨损的耦合作用下预紧力随循环周次变化的机制,与实验结果进行对比,验证了所提出的预测方法的合理性、有效性。      

螺栓连接对燃机燃烧室结构模态的影响研究

针对螺栓联结带来的预紧力和摩擦系数对装配体模态影响较大而在设备装配中因处理困难常被忽略的问题,利用有限元分析方法、试验结合对比方法进行研究。以某型燃气轮机燃烧室作为研究对象,对重型燃机燃烧室实际模型进行建模,建立带有实体螺栓联结的有限元模型,考虑表面接触刚度、螺栓预紧力和摩擦系数等因素,重点分析预紧力和摩擦系数对结构模态的影响规律;并以该燃气轮机1:4缩比模型加工实体模型,利用锤击法对其进行模态试验,得出其固有频率并与仿真结果对比,验证仿真方法的有效性。     

高层钢框架的非线性分析模型

本文提出了对高层钢框架考虑材料非线性和几何非线性的分析方法。几何非线性分析模型包括考虑杆件大变形和框架结构在受力状态下的任意大变形平衡。杆件大变形效应包括轴向力弯曲刚度,杆端大侧移,杆端大转角,杆件大应变以及它们之间的相关作用。本文还讨论了切线刚度矩阵中非线性项的几何意义。并利用考虑了几何非线性和材料非线性的分析模型编制了电算程序,该程序能追踪位移与外力关系的全过程。     

基于有限单元柔度法和刚度法的非线性梁柱单元比较研究

分别基于有限单元柔度法和有限单元刚度法理论,采用纤维模型梁柱单元编制了钢筋混凝土杆系结构非弹性分析程序。基于柔度法的梁柱单元模型的特点在于以单元截面力插值函数作为出发点,在不考虑几何非线性的前提下,总能保证单元内部截面力场分布满足平衡条件。通过构造的数值算例及钢筋混凝土双向弯曲柱反复加载试验结果与两种方法模拟分析结果的对比,对柔度法与刚度法的分析效果进行了比较研究,并对纤维模型梁柱单元解决空间杆系结构非弹性分析的有效性进行了验证。结果表明:对于结构处于强非线性阶段,尤其是对于处理下降段(软化)问题,基于柔度法的梁柱单元无论从计算效率还是计算效果上都明显优于基于刚度法的梁柱单元;纤维模型梁柱单元是目前处理空间杆系双向弯曲与变轴力耦合问题最为实用有效的单元分析模型。     

基于M-Ф关系的工形PC弯曲梁的宏观分析模型

工形预应力混凝土(PC)梁在实际工程结构中的应用非常广泛,T形、倒T形和矩形梁都是工形梁的特殊简化形式,建立简单实用的工形PC梁的分析模型非常有实际意义．从材料非线性本构关系出发,通过截面分析导出工形PC截面的弯矩一曲率(M-Ф)关系,由此确定沿梁长度方向所有单元的抗弯刚度,建立起考虑材料非线性的工形PC弯曲梁的宏观有限元模型．试验梁分析结果与试验数据对比表明,该模型能模拟PC弯曲梁整个加载过程的非线性结构响应．     

多曲囊式空气弹簧非线性弹性特性研究*

[摘要]分析了多曲囊式空气弹簧的材料、几何和接触等非线性力学特性,提出采用非线性有限元研究空气弹簧非线性弹性特性的方法。根据有限元方法建立了空气弹簧的有限元分析模型,进行了有限元计算和试验研究,计算结果与试验结果吻合较好,验证了所采用的研究方法和分析模型的正确性和有效性。在此基础上,研究了充气压力、胶囊参数及附加气室容积对空气弹簧弹性特性的影响,结果表明：空气弹簧的承载能力和刚度随充气压力增加而增大;胶囊的帘线角和附加气室容积对空气弹簧弹性特性有较大的影响;帘线网格间距、帘线层间距、帘线层数及帘线材料对空气弹簧弹性特性影响不大。     

螺栓连接对结构模态及传递特性影响研究

针对螺栓刚度及预紧力对装配体模态、传递函数影响较大而在设备装配中因处理困难常被忽略问题,利用有限元计算、试验结合对比方法分析、研究。用ANSYS软件预应力模态分析及谐响应分析对装配体进行仿真计算;对三种刚度螺栓分别施加相同预紧力,对钢制螺栓施加六组不同预紧力进行试验;分析对比计算值与试验值误差。结果表明,忽略接触阻尼的计算值与试验值存在最大误差约15%;同一预紧力时,随螺栓刚度的提高固有频率呈增大趋势,各阶频率的最大变形量随之增大;随预紧力的增大,结构传递函数趋于明朗化。     

Development of a Cornering Bench Fatigue Test for the Validation of a Lightweight Commercial Vehicle Front Hub

Laboratory testing to validate the performance of vehicle components is a common practice in the automotive market. However, during standard bench testing of a commercial front wheel hub, several failures occurred in unexpected regions indicating an inconsistency with the vehicle cornering tests. This article addresses this inconsistency and presents methods for fatigue assessment using an accelerated rig (bench) test for a lightweight commercial vehicle front wheel hub. A complete cornering (figure of eight) vehicle test is modeled on a multi-body dynamic simulation system (ADAMS/Chassis) and the results are compared with the actual data obtained from the hub of a vehicle instrumented with a set of wheel force transducers. The multi-axial loading condition is successfully simplified due to the dominance of some stress components. Load data from the simulation are processed with the rain flow cycle counting algorithm. Critical locations on the C55 steel hub are determined with the stress analysis done on ANSYS (ANSYS Theory Reference: Release 10.0, 2005). Total damage is estimated by using the Palmgren–Miner linear damage summation rule. Finally, some validation test results are consistent with vehicle tests and may be used to substitute performance.     

基于ANSYS的薄壁包装件数控加工装夹工艺的研究

采用有限元分析方法,对薄壁件的装夹方案进行了讨论.将工件视为弹性体,运用有限元分析软件ANSYS,对采用台钳直接装夹和工装装夹中零件产生的变形进行模拟.结果表明,在粗加工阶段,可以不采用工装,但必须留出合适的加工余量,余量的多少可以通过节点最大位移来估算.而在精加工阶段,必须采用工装,以减少工件的受力变形.     

露天矿山台阶爆破技术发展现状及展望

矿山行业数字化转型升级不断加快,台阶爆破作为露天矿山高效开采的重要技术支撑,必须紧跟行业发展趋势。将台阶爆破从发展历程上分为控制爆破、精细爆破、数字爆破及智能爆破,分析了各阶段的实际进展;从爆破全生命周期角度出发,针对爆破设计、钻孔技术、装药施工及爆破效果分析等关键环节进行了整体阐述,认为现阶段台阶爆破碎片化研究较多,未能形成有效的串联系统,建议从一体化技术体系、炸药与岩石自动匹配、数字化智能化转型技术研发等方面,开展科研攻关工作,促进爆破行业的高质量可持续发展。     

偏心轮叠层摩擦阻尼器的滞回性能研究

为解决常规摩擦阻尼器过大压力导致的一系列问题,设计一种新型偏心轮叠层摩擦阻尼器。该阻尼器以并联多层叠加的摩擦面的方法,实现在较小摩擦界面正压力条件下获得目标摩擦阻尼力的目的;设置偏心轮加压装置,使得阻尼器实现变摩擦功能,且阻尼器摩擦面在服役期间的待命阶段的预压力为0,以提高阻尼器的可靠性,进一步解决过大压力的问题。通过往复加载试验对该阻尼器的性能进行了研究,获得了偏心轮叠层摩擦阻尼器阻尼力与位移的关系,并对偏心轮叠层摩擦阻尼器力学性能进行了有限元分析。结果表明:阻尼器摩擦板的叠层设计能够有效放大了摩擦阻尼力;偏心轮叠层摩擦阻尼器可以提供变摩擦滞回曲线,理论公式、有限元模拟结果与试验结果吻合较好,可作为该阻尼器设计的参考依据。     

单转向轮摆振机理与稳定性研究

为研究典型单转向轮系统摆振机理及稳定性,建立杠杆驱动轮椅车转向轮系统非线性动力学微分方程,应用ODE方法进行求解;搭建了参数可调的转向轮摆振实验装置,利用实验手段研究摆振现象,验证了转向轮系统动力学模型的有效性;并对此动力学模型线性化,进行稳定性分析;利用遗传优化算法对转向轮系统进行参数优化设计,针对实验研究的转向轮摆振实验装置进行稳定性分析,采用增加阻尼轴承的方法改善实验中转向轮系统的稳定性.通过研究转向轮系统参数变化对摆振的影响规律,提出防范摆振的方法,获得具有实用价值的结论：通过增加转向轮拖距长度、合理选择质量参数或者增加系统的阻尼都可以减小甚至消除摆振.因此,该研究具有较好的工程实用价值,并对类似转向轮系统稳定性分析有一定的参考价值.     

考虑研磨子——车轮和轮轨作用的城际动车组车轮磨耗预测

针对站间距短、研磨子频繁作用的城际铁路,建立了集车辆系统动力学、研磨子―车轮接触和车轮磨耗等模型于一体的动车组车轮磨耗预测模型,车轮磨耗采用Archard模型计算,实现了研磨子―车轮和轮轨接触对车轮磨耗贡献的定量预测。以中国南方某城际线路上运行的某型城际动车组为例,模拟了动车组车轮LM廓形在一个车轮镟修周期内的演化,通过对比跟踪测试结果,确定研磨子所致车轮磨耗的磨耗系数取1.45×10-4,并完成了模型验证。上述城际铁路的模拟结果显示,该模型的车轮磨耗预测误差仅为5.00%。以0.30 MPa工作气压下的高硬度研磨子为例,发现其最佳工作模式为“工作20 s—停止工作25 s”的间歇式工作模式。为动车组研磨子系统的优化设计提供有效模拟工具。     

Simulation of wheel impact test using finite element method

In order to achieve better quality, the wheel design and manufacturing use a number of wheel tests to ensure that the wheel meets the safety requirements. The impact performance of wheel is a major concern of new design wheel. The wheel impact test is intended to evaluate the impact performance of wheel, that the striker is dropped from a specified height above the tire–wheel assembly. In this study, nonlinear dynamic finite element is used to simulate the SAE wheel impact test. The wheel modeled as an elastic–plastic body is mounted at an incline of 13° to horizontal, and the striker is prescribed an initial velocity to simulate a drop height. The total plastic work concept of ductile fracture mechanics is used to predict the impact failure of wheel. Three-dimensional finite element method is employed to obtain the strain energy density of wheel at impact, and the critical strain energy density is based on the total plastic work of wheel material. Compared with actual tests, the finite element results show the total plastic work approach can be used to predict the wheel fracture during the impact test.     

Numerical analysis of wheel cornering fatigue tests

In automotive engineering, the wheels are one of the most critical components and their function is of vital importance n human safety. The cornering fatigue test is one of the traditional durability tests for wheel prototype verification. In this paper, a bi-axial load–notch strain approximation for proportional loading is proposed to estimate the fatigue life of a passenger car wheel during the cornering fatigue test under plane stress conditions. The elasto-plastic strain components are calculated analytically using the total deformation theory of plasticity. The input for the load–notch strain analysis is the measured or calculated plastic strain state at the notch together with the materials stabilised cyclic stress–strain curve evaluated with unnotched tension specimens. The damage accumulation is based on the Palmgren–Miner rule. The methodology is implemented in a program called “Metal Fatigue Prediction and Analysis” (MFPA). The life prediction of a passenger car wheel during the cornering fatigue test is performed. The results of the analysis is compared with two cornering tests on the same design. The result is very encouraging and the application of the developed MFPA program provides time and the cost savings in the analysis of wheel cornering fatigue tests.     

基于台架模拟检测汽车滑行性能的试验研究

通过台架模拟试验及滑行性能检测方法的分析,找出检测中存在的问题,并将道路与台架滑行试验进行比对,分析两者之间的差别。研究滑行距离与整车车轮阻滞力间存在的关联关系,提出了通过滚筒反力式制动检验台检验各车轮阻滞力,进而计算得到整车车轮阻滞力,并以整车车轮阻滞力占整车质量百分比评价汽车滑行性能的指标和方法。     

高频信号的测试及传输分析

本文通过高频信号在铁路轨道上的试验说明了高频信号的基本特性。铁路轨道信号由于车轮与钢轨的接触不良而引起故障，特别是支线和不经常使用的线路由于铁锈和刹车闸瓦的不导电性，从而引起信号故障，为了解决此问题，我们利用高频信号的特性，在铁轨上做了大量试验，从而说明了高频信号的许多特有性质。