螺栓连接结合部薄层单元参数优化辨识

薄层单元可有效地表征螺栓连接结合部,但要进行动力学分析及优化必须辨识出薄层单元参数。为此,在建立薄层单元参数与结合部动态特性关系的基础上,提出一种准确、高效辨识薄层单元参数的方法。通过分析薄层单元的刚度矩阵及本构方程,确定待辨识参数;采用拉丁超立方抽样方法选取参数样本,结合试验与有限元计算的模态参数建立目标函数,用响应面模型表征薄层单元参数与目标函数的关系,并评价模型精度;采用遗传算法在响应面模型基础上实现参数优化辨识。分别辨识均一材料和考虑结合面应力分布差异化材料的薄层单元参数,参数优化辨识后,试件的试验与有限元计算固有频率误差均不超过4%,证明了该辨识方法的有效性。     

中巴车铝合金立柱截面多目标优化

立柱是轻量化中巴车身的核心构件,其综合力学性能取决于型材截面形态。提出一种基于响应面的截面特征参数多目标优化方法,首先进行6063铝合金材性试验及立柱构件的拉伸和弯曲试验,测得材料的力学性能参数、立柱轴向和侧向的极限承载力。试验结果表明立柱构件的侧向受力能力远小于轴向受力能力。为提高立柱综合性能,采用最优拉丁超立方试验设计分析,选取敏感度大的截面特征参数作为设计变量,以质量、最大变形位移、最大应力的最小化为综合设计目标,建立多目标优化的数学模型。基于Kriging算法构建最大变形位移和最大应力的响应面仿真模型,应用多目标遗传优化算法(MOGA)全局寻优得到最优解。优化方案最大变形减小0.62%、最大应力减小11.06%、质量减小12.48%。     

柴油机燃烧系统多参数多目标优化研究

针对直喷柴油机燃烧系统多参数间存在的非线性现象,采用响应面法对其进行多参数多目标优化研究。该研究以双ω燃烧室结构、喷油夹角、供油始点、涡流比为因子,以燃烧指示功率、NO比排放和碳烟比排放为评价指标。首先利用正交设计,利用方差和极差分析筛选了燃烧室结构和喷油夹角优化方案;其次对供油始点和涡流比进行了多参数二次响应面全局寻优研究,得到2种满足功率和排放的优化方案并与原机方案进行性能对比分析。结果表明,喷油夹角为130°的1号燃烧室具有较高燃烧指示功率与排放性能。涡流比在1.6附近时燃烧指示功率取得最大值,且小涡流比对NO排放改善显著。     

往复式压缩机轴系扭振参数优化设计

往复式压缩机轴系的扭转振动是影响其可靠性的重要因素,而轴系各部分扭振参数的合理配置对其扭振特性具有较大的影响,因此对其扭振参数优化设计具有重要意义。基于刚柔耦合多体动力学理论,以飞轮的转动惯量、联轴器的转动惯量及其扭转刚度为设计变量,分析其对轴系扭振特性的影响。采用最优拉丁超立方试验方法进行采样,获取25组样本点,建立刚柔耦合多体动力学模型,通过仿真计算其扭振响应;根据试验结果建立最大扭振角位移和一阶扭转固频与倍频程的中心频率分开裕度的二阶响应面模型;采用多目标遗传算法对建立的近似模型寻优,得到前沿解集。结果表明,所建立响应面模型能够有效的描述影响因素与目标间的关系,且优化后的轴系扭振特性得到了有效的改善。     

面向渠灌区的新型钢闸门结构轻量化设计

为了实现渠灌区新型钢闸门结构轻量化,充分利用闸门材料承载性能,将ANSYS与试验设计软件Design-Expert相结合对闸门进行优化设计。采用APDL语言对ANSYS进行二次开发,建立闸门参数化模型。应用Design-Expert进行正交试验设计并运用ANSYS软件仿真,采用响应面法拟合应力、挠度和质量的数学模型。以应力和挠度为约束条件,闸门质量为目标函数进行优化。对某灌区闸门优化后结果表明:优化后闸门质量减轻20%,实现设计的经济性与可行性。该优化方法为改进闸门结构提供了理论依据。     

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮精确三维建模研究

为了进一步研究变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的啮合及传动特点,以变双曲圆弧齿线圆柱齿轮作为研究对象,通过对其成型理论的分析,得到了齿面方程、齿根过渡曲面方程,利用数值仿真软件得到工作齿面和过渡齿面的齿面点云;根据得到的点云文件,结合三维辅助设计软件实现变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的精确建模;进行数字滚检实验方法检查模型的接触区域。将建好的精确模型利用桌面级3D打印机打印出来,验证利用精确模型进行试件加工的可行性。为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮后续有限元研究和专用机床设计及理论研究提供了可靠的理论基础。     

一种五轴联动混联机床的性能分析

混联机床是串、并联机构以及机器人技术的结合,兼顾了各自优点,已越来越多地应用于复杂工件的加工中。提出一种可完成五轴联动的混联机床,同时分析该机床加工过程的实现及原理;基于并联模块中杆长约束条件,构建加工过程中的运动学模型;并利用速度投影,求解出并联模块雅可比矩阵;结合拉格朗日方程以及雅可比矩阵,建立机床动力学模型。最后结合Matlab对理论分析结果进行数值计算,并在已知机床切削量的情况下,求解机床驱动端位移、速度以及驱动力输入情况;结合运动学结果,对机床工作空间进行了分析。结果表明,该混联机床具有良好的运动学、动力学以及大范围工作空间等性能,并能满足复杂零部件的加工,也为混联机床的开发和研究提供理论依据。     

直齿面齿轮高精度电解加工阴极型面设计方法研究

直齿面齿轮的齿面是一种复杂空间曲面,为了实现难切削材料的复杂曲面产品的批量加工,目前主要以电解加工技术为主;考虑到电解加工在复杂异面类产品的加工中存在阴极设计效率低,精度难以保证等问题,提出一种基于标准阴极特性的阴极型面智能设计方法。首先,基于复杂齿面网格规划原则对直齿面齿轮的齿面点进行合理规划,并采用截面放样法计算各采样齿面点坐标;其次,通过分析各齿面采样点所在型面的曲率半径,利用电解加工平衡间隙理论构建针对不同曲率情况下的相应阴极刀具型面设计方案;最后,利用Matlab中的GUI人机交互界面构建直齿面齿轮的智能化阴极刀具型面设计系统。通过加工实验可知,利用该系统设计出的阴极型面,其加工精度可达IT8。     

电镀CBN硬珩齿齿廓偏差分析

用标准渐开线电镀CBN硬珩轮加工齿轮后,一般情况下在工件齿廓节点附近会产生"中凹"误差。利用Pro/E软件对珩轮和被珩齿轮进行了三维参数化实体建模,并对它们进行了精确的啮合装配,再利用ANSYS软件进行珩齿接触分析,通过对齿面接触应力和被加工齿面法向变形量的分析,找到齿廓偏差的影响因素。然后,在其他参数不变的前提下,分别变换被珩齿轮的齿数,对比接触应力的变化情况,进而找出被珩齿轮齿数对"中凹"误差的影响趋势。     

3T各向同性并联机构的弹性动力学建模与特性分析

为了提升并联机构的运动精度,研究并总结了3T各向同性并联机构在运动过程中由支链产生的柔性变形对其运动轨迹的影响。首先,根据该并联机构的结构分析了其运动学特性。其次,利用空间梁单元的弹性动力学模型、拉格朗日方程、有限元理论以及各条支链的运动学和动力学的约束,对3条支链都在柔性变形情况下建立其弹性动力学方程,并基于Newmark方法进行求解。最后,联立ANSYS与ADAMS软件对该并联机构进行弹性动力学仿真。通过理论计算值与机构模型仿真值的对比,发现3条支链在柔性变形条件下对3T并联机构的运动特性产生了重要的影响,进一步证明了该并联机构弹性动力学模型的可靠性,为其以后的研究与应用提供了重要的理论基础。