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2014年 33卷 第2期
2014, 33(2): 157-163.
摘要
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摘要:
将高速钻地弹模拟为一个细长弹性直杆,以直杆一端施加一半正弦载荷脉冲和模拟弹体冲击刚性靶为例,采用线性波动分析方法给出杆中纵波的传播解,并基于ABAQUS和LS-DYNA软件分析应力波传播和弹体加速度的关系及对弹体上不同位置处加速度的影响,研究表明:应力波传播造成的质点局部加速度远远大于将弹性杆等价为刚体时计算得到的质心加速度,揭示了应力波传播效应和结构整体效应的区别。因此数据处理时,应根据不同的测试需求,使用相应的加速度信号处理方法。同时发现弹体的塑性变形将引起塑性应力波的传播和能量耗散,对弹体中的加速度分布产生显著影响,加速度曲线上的最大加速度峰值明显降低。
将高速钻地弹模拟为一个细长弹性直杆,以直杆一端施加一半正弦载荷脉冲和模拟弹体冲击刚性靶为例,采用线性波动分析方法给出杆中纵波的传播解,并基于ABAQUS和LS-DYNA软件分析应力波传播和弹体加速度的关系及对弹体上不同位置处加速度的影响,研究表明:应力波传播造成的质点局部加速度远远大于将弹性杆等价为刚体时计算得到的质心加速度,揭示了应力波传播效应和结构整体效应的区别。因此数据处理时,应根据不同的测试需求,使用相应的加速度信号处理方法。同时发现弹体的塑性变形将引起塑性应力波的传播和能量耗散,对弹体中的加速度分布产生显著影响,加速度曲线上的最大加速度峰值明显降低。
2014, 33(2): 164-169.
摘要:
为了分析爬壁机器人的吸附性能及优化运动切换策略,建立了一种双框架结构爬壁机器人的吸附结构,采用真空技术分析了有效抽速、流导、泄漏等影响机体吸附能力的主要因素。通过理论分析和实验对吸盘漏率和吸附系统切换策略进行了研究,得到了3种情况下的吸盘漏率参数值与吸盘的响应和释放曲线以及吸盘组切换时的压力动态过程曲线。提出了一种有效的吸盘动态吸附性能分析方法,研究了吸盘动态切换的过程。为真空系统吸附性能的分析和运动切换策略优化提供了直观而有效途径。
为了分析爬壁机器人的吸附性能及优化运动切换策略,建立了一种双框架结构爬壁机器人的吸附结构,采用真空技术分析了有效抽速、流导、泄漏等影响机体吸附能力的主要因素。通过理论分析和实验对吸盘漏率和吸附系统切换策略进行了研究,得到了3种情况下的吸盘漏率参数值与吸盘的响应和释放曲线以及吸盘组切换时的压力动态过程曲线。提出了一种有效的吸盘动态吸附性能分析方法,研究了吸盘动态切换的过程。为真空系统吸附性能的分析和运动切换策略优化提供了直观而有效途径。
2014, 33(2): 174-177.
摘要:
基于被动链原理设计出一种能实现沿X、Y、Z轴平移和绕Y轴转动的新型四自由度并联机构2-RPC/2-SPC,运用向量之间的外积求解了机构的位置反解,推导了机构的位置正解,导出了Jacobian矩阵,分析了速度、加速度、奇异位形及工作空间,并对机构位置正反解进行了数值验证。正解的计算结果与反解的计算结果相吻合。
基于被动链原理设计出一种能实现沿X、Y、Z轴平移和绕Y轴转动的新型四自由度并联机构2-RPC/2-SPC,运用向量之间的外积求解了机构的位置反解,推导了机构的位置正解,导出了Jacobian矩阵,分析了速度、加速度、奇异位形及工作空间,并对机构位置正反解进行了数值验证。正解的计算结果与反解的计算结果相吻合。
2014, 33(2): 178-182.
摘要:
为保证果蔬采摘机构设计质量,针对机构构型方案信息的模糊性和不确定性,选取模糊综合评价法进行比较优选。分析果蔬采摘机构工作性能指标的关联性和重要性,确定构型方案评价因素指标,构建方案评价层次结构。建立模糊综合评价数学模型,确定模糊量化方法和评价隶属度矩阵。选取层次分析方法,确定评价因素权重集。对菠萝采摘机构的评价优选表明,RRP串联手臂机构和RR并联手腕机构组成的构型方案综合评价分值最高,3RPS并联手臂机构和RR串联手腕机构组成构型方案评价分值最低。评价结果与理论分析结果一致,表明模糊综合评价模型具有合理性与实用性。
为保证果蔬采摘机构设计质量,针对机构构型方案信息的模糊性和不确定性,选取模糊综合评价法进行比较优选。分析果蔬采摘机构工作性能指标的关联性和重要性,确定构型方案评价因素指标,构建方案评价层次结构。建立模糊综合评价数学模型,确定模糊量化方法和评价隶属度矩阵。选取层次分析方法,确定评价因素权重集。对菠萝采摘机构的评价优选表明,RRP串联手臂机构和RR并联手腕机构组成的构型方案综合评价分值最高,3RPS并联手臂机构和RR串联手腕机构组成构型方案评价分值最低。评价结果与理论分析结果一致,表明模糊综合评价模型具有合理性与实用性。
2014, 33(2): 183-188.
摘要:
针对齿轮泵早期故障信号的不确定性,提出了一种基于改进证据理论的故障诊断方法。首先改进了证据理论,提出了基于特征参数灰色关联分析的基本概率赋值函数生成方法,解决了证据理论在故障诊断中原始证据生成问题;其次,定义了证据之间的夹角余弦,利用冲突证据判据对原始证据进行冲突性检验,对于冲突证据通过可信度进行局部修正,保留可信证据。最后对修正后的证据进行融合。多传感器振动特征融合实验结果验证了改进方法具有较高的诊断正确性。
针对齿轮泵早期故障信号的不确定性,提出了一种基于改进证据理论的故障诊断方法。首先改进了证据理论,提出了基于特征参数灰色关联分析的基本概率赋值函数生成方法,解决了证据理论在故障诊断中原始证据生成问题;其次,定义了证据之间的夹角余弦,利用冲突证据判据对原始证据进行冲突性检验,对于冲突证据通过可信度进行局部修正,保留可信证据。最后对修正后的证据进行融合。多传感器振动特征融合实验结果验证了改进方法具有较高的诊断正确性。
2014, 33(2): 189-193.
摘要:
以塔式起重机为研究对象,基于先进虚拟仿真软件开发平台EON Professional 6.0的动力学组件实现了虚拟塔吊动力学仿真;提出EON中钢丝绳柔性体建模和仿真方法;构建了一个虚拟施工场景, 测试了虚拟塔吊整机动力学仿真效果;建立了塔吊动力学分析模型以及相关动力学方程, 辅助实现了特殊工况下的钢丝绳摆动以及钢丝绳崩断效果仿真。结果表明:基于EON Professional6.0的动力学组件以及建立辅助动力学方程的虚拟塔吊整机动力学仿真策略和方法是可行的。
以塔式起重机为研究对象,基于先进虚拟仿真软件开发平台EON Professional 6.0的动力学组件实现了虚拟塔吊动力学仿真;提出EON中钢丝绳柔性体建模和仿真方法;构建了一个虚拟施工场景, 测试了虚拟塔吊整机动力学仿真效果;建立了塔吊动力学分析模型以及相关动力学方程, 辅助实现了特殊工况下的钢丝绳摆动以及钢丝绳崩断效果仿真。结果表明:基于EON Professional6.0的动力学组件以及建立辅助动力学方程的虚拟塔吊整机动力学仿真策略和方法是可行的。
2014, 33(2): 194-198.
摘要:
对机器人正运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论, 基于李群李代数和旋量理论建立了RRRP机器人的运动学模型;根据指数积公式进行了机器人运动学正解分析并建立了运动学方程, 对比D-H参数法具有更为明确的几何意义和简洁性;利用ADAMS软件进行了运动学仿真, 直观的显示了机器人的运动规律, 且运动学正解方程得到的结果与仿真数据之间的误差不超过0.05。结果表明:由旋量理论和指数积公式建立的机器人运动学方程的正确性, 以及旋量理论应用于类似刚体系统运动学分析的可行性。
对机器人正运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论, 基于李群李代数和旋量理论建立了RRRP机器人的运动学模型;根据指数积公式进行了机器人运动学正解分析并建立了运动学方程, 对比D-H参数法具有更为明确的几何意义和简洁性;利用ADAMS软件进行了运动学仿真, 直观的显示了机器人的运动规律, 且运动学正解方程得到的结果与仿真数据之间的误差不超过0.05。结果表明:由旋量理论和指数积公式建立的机器人运动学方程的正确性, 以及旋量理论应用于类似刚体系统运动学分析的可行性。
2014, 33(2): 199-203.
摘要:
为研究齿轮传动系统中齿侧间隙等非线性因素对系统振动特性的影响, 综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差和轴承纵向响应, 建立了三自由度单级直齿轮副传动系统的扭转振动非线性动力学模型;采用变步长4-5阶Runge-kutta法, 对系统运动的状态方程进行了数值求解;并构建了系统的Poincaré截面, 得到了系统的分岔图。结合系统最大Lyapunov指数谱、Poincaré映射图及FFT频谱图, 分析了系统在激励频率变化时的动力学特性, 发现系统在不同激励频率下会发生Hopf分岔、鞍结分岔及倍化分岔, 给出了系统的分岔值, 分别得到了系统经Hopf分岔和鞍结分岔通向混沌运动的两种过程。
为研究齿轮传动系统中齿侧间隙等非线性因素对系统振动特性的影响, 综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差和轴承纵向响应, 建立了三自由度单级直齿轮副传动系统的扭转振动非线性动力学模型;采用变步长4-5阶Runge-kutta法, 对系统运动的状态方程进行了数值求解;并构建了系统的Poincaré截面, 得到了系统的分岔图。结合系统最大Lyapunov指数谱、Poincaré映射图及FFT频谱图, 分析了系统在激励频率变化时的动力学特性, 发现系统在不同激励频率下会发生Hopf分岔、鞍结分岔及倍化分岔, 给出了系统的分岔值, 分别得到了系统经Hopf分岔和鞍结分岔通向混沌运动的两种过程。
2014, 33(2): 204-207.
摘要:
针对双层滚珠轴承载荷分布问题进行了研究。由于传统理论计算方法中关于刚性套圈的假设和Hertz接触理论半无限空间的边界条件并不完全符合实际情况, 因此计算结果与实际情况有一定的误差。基于有限元分析方法, 提出了对滚珠进行映射网格划分以及对接触区域网格进行局部加密的方法, 分析了在一定载荷作用下滚珠与套圈沟道的接触应力以及弹性变形, 并将有限元法分析结果与Hertz理论求解结果进行了比较, 最后对计算结果进行了实验验证。
针对双层滚珠轴承载荷分布问题进行了研究。由于传统理论计算方法中关于刚性套圈的假设和Hertz接触理论半无限空间的边界条件并不完全符合实际情况, 因此计算结果与实际情况有一定的误差。基于有限元分析方法, 提出了对滚珠进行映射网格划分以及对接触区域网格进行局部加密的方法, 分析了在一定载荷作用下滚珠与套圈沟道的接触应力以及弹性变形, 并将有限元法分析结果与Hertz理论求解结果进行了比较, 最后对计算结果进行了实验验证。
2014, 33(2): 208-211.
摘要:
基于弹塑性自增强理论, 对压裂泵阀箱进行了弹塑性有限元非线性研究, 探讨了自增强技术和机械加工精度对阀箱疲劳寿命的影响。分析了不同自增强压力下的阀箱应力, 确定了阀箱内腔相贯线处最佳自增强压力为420.6 MPa。对自增强前后阀箱的疲劳寿命进行预测结果表明:阀箱疲劳薄弱区位于内腔相贯线处, 自增强后疲劳薄弱区向壁间转移, 偏离了疲劳危险区域, 阀箱内壁表面材料得到有效保护。自增强技术使阀箱应力峰值降低了30.61%, 最低疲劳寿命提高了6.97倍。自增强技术与提高阀箱内腔表面加工精度的方法相比, 前者对延长阀箱疲劳寿命效果更佳。
基于弹塑性自增强理论, 对压裂泵阀箱进行了弹塑性有限元非线性研究, 探讨了自增强技术和机械加工精度对阀箱疲劳寿命的影响。分析了不同自增强压力下的阀箱应力, 确定了阀箱内腔相贯线处最佳自增强压力为420.6 MPa。对自增强前后阀箱的疲劳寿命进行预测结果表明:阀箱疲劳薄弱区位于内腔相贯线处, 自增强后疲劳薄弱区向壁间转移, 偏离了疲劳危险区域, 阀箱内壁表面材料得到有效保护。自增强技术使阀箱应力峰值降低了30.61%, 最低疲劳寿命提高了6.97倍。自增强技术与提高阀箱内腔表面加工精度的方法相比, 前者对延长阀箱疲劳寿命效果更佳。
2014, 33(2): 212-216.
摘要:
基于流固耦合和气动声学的方法研究了轮胎横向花纹沟槽结构尺寸及其截面形状对花纹泵吸噪声的影响。运用Abaqus仿真了带有横向花纹沟槽轮胎滚动以获得滚动过程中花纹沟槽各壁面位移随时间的变化信息;提取接地印痕区域内单个横向花纹沟槽并建立与周围空气相耦合的有限元模型, 通过对其施加相应位移边界条件来重现横向花纹沟槽在滚动过程中的状态特性;借助流场计算实现对花纹泵吸噪声的预测。结果表明:花纹泵吸噪声随着沟槽长度的增大而减小;随着沟槽宽度的增大而增大;而沟槽深度对泵吸噪声影响不明显;沟槽横截面的形状对泵吸噪声影响较大。
基于流固耦合和气动声学的方法研究了轮胎横向花纹沟槽结构尺寸及其截面形状对花纹泵吸噪声的影响。运用Abaqus仿真了带有横向花纹沟槽轮胎滚动以获得滚动过程中花纹沟槽各壁面位移随时间的变化信息;提取接地印痕区域内单个横向花纹沟槽并建立与周围空气相耦合的有限元模型, 通过对其施加相应位移边界条件来重现横向花纹沟槽在滚动过程中的状态特性;借助流场计算实现对花纹泵吸噪声的预测。结果表明:花纹泵吸噪声随着沟槽长度的增大而减小;随着沟槽宽度的增大而增大;而沟槽深度对泵吸噪声影响不明显;沟槽横截面的形状对泵吸噪声影响较大。
2014, 33(2): 217-220.
摘要:
切槽、裂断和定扭矩装配螺栓是连杆裂断技术中的3道核心工序。国内外的连杆裂断与定扭矩装配螺栓设备, 都是在两台机床上完成, 设备成本高、加工效率低。能源消耗大, 针对这些问题提出了连杆裂断与定扭矩装配螺栓一体机的构想。设计了一种可开合的空心顶销装置, 具有顶紧连杆肩位和输送螺栓的双重作用, 详细介绍了该一体机的总体设计方案, 液、气压及控制系统, 通过工艺试验, 分析了裂断前与合装后连杆大头孔的直径变化, 经验证完全满足工艺要求。
切槽、裂断和定扭矩装配螺栓是连杆裂断技术中的3道核心工序。国内外的连杆裂断与定扭矩装配螺栓设备, 都是在两台机床上完成, 设备成本高、加工效率低。能源消耗大, 针对这些问题提出了连杆裂断与定扭矩装配螺栓一体机的构想。设计了一种可开合的空心顶销装置, 具有顶紧连杆肩位和输送螺栓的双重作用, 详细介绍了该一体机的总体设计方案, 液、气压及控制系统, 通过工艺试验, 分析了裂断前与合装后连杆大头孔的直径变化, 经验证完全满足工艺要求。
2014, 33(2): 221-223.
摘要:
针对金属物料采样出现的打滑和混样问题分析了现有采样头结构上的不足, 结合金属物料采样的特殊工况, 设计了具有切削功能的底爪和同步清理功能的直动滑杆机构。对该机构的主要尺寸进行优化, 阐述了该采样头的工作原理。对硬化层切削过程进行了稳定性分析, 发现该采样头能及时切开硬化层而不产生打滑现象。最终提高了采样机的工作稳定性, 消除了混样现象。
针对金属物料采样出现的打滑和混样问题分析了现有采样头结构上的不足, 结合金属物料采样的特殊工况, 设计了具有切削功能的底爪和同步清理功能的直动滑杆机构。对该机构的主要尺寸进行优化, 阐述了该采样头的工作原理。对硬化层切削过程进行了稳定性分析, 发现该采样头能及时切开硬化层而不产生打滑现象。最终提高了采样机的工作稳定性, 消除了混样现象。
2014, 33(2): 224-228.
摘要:
机床的结合面是整机动态特性的薄弱环节。应用实验测试和计算机仿真, 对机床结合面的动态特性进行研究, 以提升整机的动态性能。针对磨床中螺栓连接的关键结合面, 建立考虑法向和切向刚度的三维接触刚度模型。将实验测试结果与有限元分析相对比, 验证所建结合面模型的正确性。应用该模型, 采用增加螺栓个数及提高螺栓预紧力等方法, 改进结合面设计, 分析改进后的整机动态特性。该方法实现了机床整机结合部的非线性特性的合理处理, 以支持机床设计中整机性能的预测。
机床的结合面是整机动态特性的薄弱环节。应用实验测试和计算机仿真, 对机床结合面的动态特性进行研究, 以提升整机的动态性能。针对磨床中螺栓连接的关键结合面, 建立考虑法向和切向刚度的三维接触刚度模型。将实验测试结果与有限元分析相对比, 验证所建结合面模型的正确性。应用该模型, 采用增加螺栓个数及提高螺栓预紧力等方法, 改进结合面设计, 分析改进后的整机动态特性。该方法实现了机床整机结合部的非线性特性的合理处理, 以支持机床设计中整机性能的预测。
2014, 33(2): 229-232.
摘要:
针对除冰系统过大流量脉动引起的系统振动和加热器失效问题, 推导了双作用往复泵系统的流量计算公式, 分析了系统产生流量脉动的原因, 用仿真软件AMESim分析了3台双作用往复泵的流量叠加特点, 提出通过优化连杆长度抑制流量脉动的方法, 并分析了优化法和相位分散法的抑制效果。结果表明:相位分散法的流量脉动抑制效果明显, 增加连杆长度有助于减小脉动, 但随着泵的数目增加效果减弱。最终结合两种方法可将流量脉动控制在14%。
针对除冰系统过大流量脉动引起的系统振动和加热器失效问题, 推导了双作用往复泵系统的流量计算公式, 分析了系统产生流量脉动的原因, 用仿真软件AMESim分析了3台双作用往复泵的流量叠加特点, 提出通过优化连杆长度抑制流量脉动的方法, 并分析了优化法和相位分散法的抑制效果。结果表明:相位分散法的流量脉动抑制效果明显, 增加连杆长度有助于减小脉动, 但随着泵的数目增加效果减弱。最终结合两种方法可将流量脉动控制在14%。
2014, 33(2): 233-238.
摘要:
为了获取温度对油水分离动态特性的影响规律, 考虑了油水汽三相流、水滴蒸发相变等因素, 建立了滤油机的油水分离流场的RSM数学物理模型以及水滴运动蒸发的相变方程;获得了不同温度对油水分离过程中的油水汽三相体积分数分布情况及其对轴向脱水率的影响规律。结果表明在不同温度情况下油水汽三相流的动态特性较为复杂, 温度对油水分离的脱水效率的影响较为显著, 为深入研究滤油机的油水分离机理奠定了前期基础。
为了获取温度对油水分离动态特性的影响规律, 考虑了油水汽三相流、水滴蒸发相变等因素, 建立了滤油机的油水分离流场的RSM数学物理模型以及水滴运动蒸发的相变方程;获得了不同温度对油水分离过程中的油水汽三相体积分数分布情况及其对轴向脱水率的影响规律。结果表明在不同温度情况下油水汽三相流的动态特性较为复杂, 温度对油水分离的脱水效率的影响较为显著, 为深入研究滤油机的油水分离机理奠定了前期基础。
2014, 33(2): 239-242.
摘要:
蓄电池和超级电容器混合使用, 可以充分发挥蓄电池比能量大和超级电容器比功率大、循环寿命长的优点, 大大提升了复合电源的性能。建立了蓄电池超级电容器并联的数学模型, 定量地分析了复合电源性能的改善及其影响因素。针对独立光伏发电系统的特点, 将复合电源储能应用于独立光伏系统中, 建立了该系统的仿真模型并设计了相应的控制环节。仿真结果表明:在独立光伏发电系统的发电功率和负载功率脉动的情况下, 蓄电池工作在优化的充放电状态, 其充放电电流比较平滑, 有效地减少了充放电小循环次数。
蓄电池和超级电容器混合使用, 可以充分发挥蓄电池比能量大和超级电容器比功率大、循环寿命长的优点, 大大提升了复合电源的性能。建立了蓄电池超级电容器并联的数学模型, 定量地分析了复合电源性能的改善及其影响因素。针对独立光伏发电系统的特点, 将复合电源储能应用于独立光伏系统中, 建立了该系统的仿真模型并设计了相应的控制环节。仿真结果表明:在独立光伏发电系统的发电功率和负载功率脉动的情况下, 蓄电池工作在优化的充放电状态, 其充放电电流比较平滑, 有效地减少了充放电小循环次数。
2014, 33(2): 243-248.
摘要:
从下肢康复患者的需要和节约成本出发, 设计了一种人机融合性好、机械结构简单, 具备功能性电刺激接口的脚踏车式下肢康复训练器。该训练系统能针对不同损伤程度的下肢残障者提供被动、主动、抗阻3种康复训练模式。根据人机适应(human adaptive mechatronics, HAM)概念中在约束环境下对人机建模的思路进行动力学研究, 在结合人体下肢运动机理的基础上提出了一种平面闭环铰链五连杆刚体模型, 介绍了康复设备的结构, 对主动踏车运转过程中踝关节的运动进行了分析和优化, 基于平面闭环铰链五连杆分析了抗阻训练时人机系统的静力学, 建立了数学模型。根据人体下肢模型建立了虚拟样机, 并进行了动力学仿真, 验证了前述分析的正确性。
从下肢康复患者的需要和节约成本出发, 设计了一种人机融合性好、机械结构简单, 具备功能性电刺激接口的脚踏车式下肢康复训练器。该训练系统能针对不同损伤程度的下肢残障者提供被动、主动、抗阻3种康复训练模式。根据人机适应(human adaptive mechatronics, HAM)概念中在约束环境下对人机建模的思路进行动力学研究, 在结合人体下肢运动机理的基础上提出了一种平面闭环铰链五连杆刚体模型, 介绍了康复设备的结构, 对主动踏车运转过程中踝关节的运动进行了分析和优化, 基于平面闭环铰链五连杆分析了抗阻训练时人机系统的静力学, 建立了数学模型。根据人体下肢模型建立了虚拟样机, 并进行了动力学仿真, 验证了前述分析的正确性。
2014, 33(2): 249-252.
摘要:
根据动力吸振型电动轮的结构要求, 采用十字滑块机构作为电动轮动力传动机构。建立了动力传动机构运动学模型, 对机构速度特性、中间件的运动规律及工作空间进行了运动学分析。借助ADAMS软件对电动轮进行了仿真, 仿真计算结果表明在结构设计中采用PEEK自润滑复合材料来解决十字滑块机构摩擦副磨损问题是可行的, 并根据仿真结果对中间件内、外径尺寸及滑槽长度进行了设计计算。对所设计的传动机构的机械效率进行了分析, 计算得到其效率不低于98.8%。
根据动力吸振型电动轮的结构要求, 采用十字滑块机构作为电动轮动力传动机构。建立了动力传动机构运动学模型, 对机构速度特性、中间件的运动规律及工作空间进行了运动学分析。借助ADAMS软件对电动轮进行了仿真, 仿真计算结果表明在结构设计中采用PEEK自润滑复合材料来解决十字滑块机构摩擦副磨损问题是可行的, 并根据仿真结果对中间件内、外径尺寸及滑槽长度进行了设计计算。对所设计的传动机构的机械效率进行了分析, 计算得到其效率不低于98.8%。
2014, 33(2): 253-256.
摘要:
运用CFD(computational fluid dynamics)商业软件CFX对某型摩托车发动机冷却风扇内的气流流动进行数值模拟, 发现原始叶片设计的缺陷, 并通过改变叶片形状对原始风扇进行了优化设计。数值分析表明:在不改变曲轴的转速下, 风扇的风量和效率均得到提高。对流过汽缸后的气体温度进行对比测量显示, 改进的冷却风扇使该处的气体平均温度降低1.5℃, 改善了摩托车发动机的冷却效果。
运用CFD(computational fluid dynamics)商业软件CFX对某型摩托车发动机冷却风扇内的气流流动进行数值模拟, 发现原始叶片设计的缺陷, 并通过改变叶片形状对原始风扇进行了优化设计。数值分析表明:在不改变曲轴的转速下, 风扇的风量和效率均得到提高。对流过汽缸后的气体温度进行对比测量显示, 改进的冷却风扇使该处的气体平均温度降低1.5℃, 改善了摩托车发动机的冷却效果。
2014, 33(2): 257-262.
摘要:
布局优化问题的研究其实就是组合最优问题的求解。在求解过程中会涉及到许多约束条件, 即求解组合优化问题时需要调整的设计参数, 引入人工鱼群算法求解深潜器舱室人员布局优化问题。深潜器舱室在布局问题中具有复杂性和特殊性, 因此, 结合多目标优化问题的求解思路进行模型计算, 并获得优化布局设计方案。为了验证布局方案的有效性和人机工程性, 对布局方案进行计算机建模仿真, 并运用JACK软件对布局方案进行评价, 求证布局结果的合理性, 对后期的设计展开提供理论支持和指导, 并验证人工鱼群算法对深潜器舱室布局进行优化设计方法的有效性。
布局优化问题的研究其实就是组合最优问题的求解。在求解过程中会涉及到许多约束条件, 即求解组合优化问题时需要调整的设计参数, 引入人工鱼群算法求解深潜器舱室人员布局优化问题。深潜器舱室在布局问题中具有复杂性和特殊性, 因此, 结合多目标优化问题的求解思路进行模型计算, 并获得优化布局设计方案。为了验证布局方案的有效性和人机工程性, 对布局方案进行计算机建模仿真, 并运用JACK软件对布局方案进行评价, 求证布局结果的合理性, 对后期的设计展开提供理论支持和指导, 并验证人工鱼群算法对深潜器舱室布局进行优化设计方法的有效性。
2014, 33(2): 263-266.
摘要:
电动汽车的电池性能直接影响到整车性能, 而SOC(state of charge)估算是电池管理系统的重要功能, 也是急需解决的技术难点。为了估算锂电池的荷电状态SOC, 基于电池外特性的实验数据, 建立电池等效电路模型。在MATLAB中搭建电池模型, 并研究卡尔曼滤波算法对Ah计量法估算SOC的修正作用。结果表明:所选择的电池复合模型能有效地模拟电池特性, 结合开路电压法、Ah计量法和卡尔曼滤波法的SOC估算算法能有效地解决SOC初值估算不准和累计误差的问题。
电动汽车的电池性能直接影响到整车性能, 而SOC(state of charge)估算是电池管理系统的重要功能, 也是急需解决的技术难点。为了估算锂电池的荷电状态SOC, 基于电池外特性的实验数据, 建立电池等效电路模型。在MATLAB中搭建电池模型, 并研究卡尔曼滤波算法对Ah计量法估算SOC的修正作用。结果表明:所选择的电池复合模型能有效地模拟电池特性, 结合开路电压法、Ah计量法和卡尔曼滤波法的SOC估算算法能有效地解决SOC初值估算不准和累计误差的问题。
2014, 33(2): 267-270.
摘要:
针对多功能救援车在工作过程中频繁更换不同工作装置以适应不同场合操作的需求, 设计了一款用于连接救援车工作臂与具体工作元件的通用连接器, 以提高工作效率并实现一机多用。通过Pro/E建立了通用连接器的三维模型, 创建Pro/E和ANSYS的无缝链接将三维模型导入ANSYS中, 应用ANSYS对其关键受力部位添加载荷进行静力学强度分析, 得出了连接器的应力云图与应变图。结果表明, 通用连接器结构设计满足工作要求。
针对多功能救援车在工作过程中频繁更换不同工作装置以适应不同场合操作的需求, 设计了一款用于连接救援车工作臂与具体工作元件的通用连接器, 以提高工作效率并实现一机多用。通过Pro/E建立了通用连接器的三维模型, 创建Pro/E和ANSYS的无缝链接将三维模型导入ANSYS中, 应用ANSYS对其关键受力部位添加载荷进行静力学强度分析, 得出了连接器的应力云图与应变图。结果表明, 通用连接器结构设计满足工作要求。
2014, 33(2): 271-275.
摘要:
发动机振动向车身的传递程度对车辆舒适性的影响很大, 针对某型汽车存在的发动机振动向车身传递偏大的问题, 将能量解耦法应用在动力总成悬置系统优化领域。建立了该汽车动力总成悬置系统的动力学模型并推导出运动微分方程, 开发出基于MATLAB的动力总成悬置系统优化平台。分别运用该软件平台和ADAMS软件对动力总成悬置系统进行建模和优化, 通过对比分析得到的优化结果, 证明使用基于MATLAB开发的软件平台对动力总成悬置系统进行优化是可行的。
发动机振动向车身的传递程度对车辆舒适性的影响很大, 针对某型汽车存在的发动机振动向车身传递偏大的问题, 将能量解耦法应用在动力总成悬置系统优化领域。建立了该汽车动力总成悬置系统的动力学模型并推导出运动微分方程, 开发出基于MATLAB的动力总成悬置系统优化平台。分别运用该软件平台和ADAMS软件对动力总成悬置系统进行建模和优化, 通过对比分析得到的优化结果, 证明使用基于MATLAB开发的软件平台对动力总成悬置系统进行优化是可行的。
2014, 33(2): 276-281.
摘要:
钢骨车架焊接节点的性能直接影响车架结构及车辆运行的稳定性、安全性和动力性能。提出了一种"小应力区域减法"的车架设计方法, 该方法采用"减"的思想, 利用ANSYS参数化设计技术, 通过将车架划分出底盘中与车架联系的各个系统的模块空间, 得到整个车架的应力分布情况, 切除小应力区域, 再次进行强度分析;通过多次迭代计算与切除, 以达到满足强度刚度要求的质量最小化。最后再根据加工制造与装配工艺要求进行最小量的分割, 以此得到高性能的钢骨车架构造。
钢骨车架焊接节点的性能直接影响车架结构及车辆运行的稳定性、安全性和动力性能。提出了一种"小应力区域减法"的车架设计方法, 该方法采用"减"的思想, 利用ANSYS参数化设计技术, 通过将车架划分出底盘中与车架联系的各个系统的模块空间, 得到整个车架的应力分布情况, 切除小应力区域, 再次进行强度分析;通过多次迭代计算与切除, 以达到满足强度刚度要求的质量最小化。最后再根据加工制造与装配工艺要求进行最小量的分割, 以此得到高性能的钢骨车架构造。
2014, 33(2): 282-288.
摘要:
行驶工况对于新车型的技术研发与认证、车辆污染物排放特性与燃料经济性分析以及交通控制水平风险评估等方面研究具有重要价值。为了开发与建立适合中国城市混合交通实际状况的车辆行驶工况, 在归纳国内外大量研究文献的基础上, 系统介绍了美国、欧洲和日本的典型行驶工况特点及其适用范围, 重点分析了道路试验设计、数据解析技术与工况构建方法等行驶工况开发中的关键技术。最后, 针对中国城市道路行驶工况研究提出下一步的研究方向与建议。
行驶工况对于新车型的技术研发与认证、车辆污染物排放特性与燃料经济性分析以及交通控制水平风险评估等方面研究具有重要价值。为了开发与建立适合中国城市混合交通实际状况的车辆行驶工况, 在归纳国内外大量研究文献的基础上, 系统介绍了美国、欧洲和日本的典型行驶工况特点及其适用范围, 重点分析了道路试验设计、数据解析技术与工况构建方法等行驶工况开发中的关键技术。最后, 针对中国城市道路行驶工况研究提出下一步的研究方向与建议。
2014, 33(2): 289-292.
摘要:
汽车车架主要受到来自路面不平度所引起的冲击载荷, 利用现有的理论公式很难精确地求解出各连接处载荷的时间历程。基于此, 运用ADAMS/Car软件建立整车模型, 设置相关的参数。通过仿真计算得到了车架与悬架连接处的载荷时间历程, 并将仿真结果与试验结果做了对比, 发现两者比较吻合, 说明仿真模型的正确性。仿真数据为后续车架的疲劳分析提供了依据。
汽车车架主要受到来自路面不平度所引起的冲击载荷, 利用现有的理论公式很难精确地求解出各连接处载荷的时间历程。基于此, 运用ADAMS/Car软件建立整车模型, 设置相关的参数。通过仿真计算得到了车架与悬架连接处的载荷时间历程, 并将仿真结果与试验结果做了对比, 发现两者比较吻合, 说明仿真模型的正确性。仿真数据为后续车架的疲劳分析提供了依据。
2014, 33(2): 293-297.
摘要:
在应变速率为0.0015 s-1、0.015 s-1、0.15 s-1和1.5 s-1条件下, 对5182铝合金热成形构件试样进行拉伸试验, 建立了5182铝合金修正的Johnson-cook本构模型;通过5182铝合金热成形构件车身的正面碰撞模拟计算, 分析了5182铝合金热成形构件的变形和吸能特性。研究结果表明:随应变率增加, 5182铝合金的流变应力有所增加, 并使断裂应变有所降低。5182铝合金热成形构件车身变形合理, 具有较好的碰撞吸能特性。因此, 验证了5182铝合金热成形构件在车身上应用可行。
在应变速率为0.0015 s-1、0.015 s-1、0.15 s-1和1.5 s-1条件下, 对5182铝合金热成形构件试样进行拉伸试验, 建立了5182铝合金修正的Johnson-cook本构模型;通过5182铝合金热成形构件车身的正面碰撞模拟计算, 分析了5182铝合金热成形构件的变形和吸能特性。研究结果表明:随应变率增加, 5182铝合金的流变应力有所增加, 并使断裂应变有所降低。5182铝合金热成形构件车身变形合理, 具有较好的碰撞吸能特性。因此, 验证了5182铝合金热成形构件在车身上应用可行。
2014, 33(2): 298-302.
摘要:
根据超越弹簧离合器高速化, 轻质化的应用需求, 在弹簧扭矩变化规律分析基础上, 基于等强度原理, 得到了弹簧截面的变化规律和弹簧螺旋线方程。应用MATLAB和Pro/E建立了变截面弹簧的三维数值模型。采用有限元方法, 对弹簧离合器在传递过程的应力和弹簧的径向、轴向、扭转刚度特性进行了分析。结果表明:设计的变截面弹簧在传递扭矩过程中, 应力均匀, 变截面弹簧达到了轻质、等寿命的设计要求;弹簧的径向刚度呈非线性, 而扭矩刚度和轴向刚度呈线性。
根据超越弹簧离合器高速化, 轻质化的应用需求, 在弹簧扭矩变化规律分析基础上, 基于等强度原理, 得到了弹簧截面的变化规律和弹簧螺旋线方程。应用MATLAB和Pro/E建立了变截面弹簧的三维数值模型。采用有限元方法, 对弹簧离合器在传递过程的应力和弹簧的径向、轴向、扭转刚度特性进行了分析。结果表明:设计的变截面弹簧在传递扭矩过程中, 应力均匀, 变截面弹簧达到了轻质、等寿命的设计要求;弹簧的径向刚度呈非线性, 而扭矩刚度和轴向刚度呈线性。
2014, 33(2): 303-308.
摘要:
综合考虑对接速度和对接角度在航天器对接过程中对锥杆式对接机构动态特性的影响, 采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了锥杆式对接机构多体接触有限元模型。基于显式动力学有限元算法, 采用全积分单元进行沙漏控制, 通过调整单元密度和采用混合时间积分算法提高计算速度, 对锥杆式对接机构进行动态特性分析, 得出了对接机构在对接过程中的动态响应及结构体的应力波动。分析结果表明:对接机构的动态特性参数会随对接速度及对接角度的增加呈现递增趋势;锥杆式对接机构的锥孔尺寸会引起对接过程中机构动态特性发生显著变化。
综合考虑对接速度和对接角度在航天器对接过程中对锥杆式对接机构动态特性的影响, 采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了锥杆式对接机构多体接触有限元模型。基于显式动力学有限元算法, 采用全积分单元进行沙漏控制, 通过调整单元密度和采用混合时间积分算法提高计算速度, 对锥杆式对接机构进行动态特性分析, 得出了对接机构在对接过程中的动态响应及结构体的应力波动。分析结果表明:对接机构的动态特性参数会随对接速度及对接角度的增加呈现递增趋势;锥杆式对接机构的锥孔尺寸会引起对接过程中机构动态特性发生显著变化。
2014, 33(2): 309-312.
摘要:
转子系统在运转过程中可能由于叶片断裂等原因造成自身不平衡量突然增大, 转子系统在突加不平衡条件下的响应特性是一个很值得关注的问题。运用传递矩阵法建立了双盘转子系统的运动微分方程, 以Newmark-β积分法求解, 模拟对比了转子系统在稳态和瞬态两种运转状态下的突加不平衡响应。结果表明:加速起动下转子越过临界转速后突加不平衡引发的震荡波动与自然波动频率一致;震荡波动的最大振幅与阻尼、突加不平衡总量及系统瞬时转速相关, 波动的持续时间主要受系统阻尼影响;不同盘上发生突加不平衡, 对临界转速处的响应振幅影响不同。
转子系统在运转过程中可能由于叶片断裂等原因造成自身不平衡量突然增大, 转子系统在突加不平衡条件下的响应特性是一个很值得关注的问题。运用传递矩阵法建立了双盘转子系统的运动微分方程, 以Newmark-β积分法求解, 模拟对比了转子系统在稳态和瞬态两种运转状态下的突加不平衡响应。结果表明:加速起动下转子越过临界转速后突加不平衡引发的震荡波动与自然波动频率一致;震荡波动的最大振幅与阻尼、突加不平衡总量及系统瞬时转速相关, 波动的持续时间主要受系统阻尼影响;不同盘上发生突加不平衡, 对临界转速处的响应振幅影响不同。
