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2014年 33卷 第8期
2014, 33(8): 1136-1140.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0805
摘要
PDF 607KB
摘要:
针对现役空气压缩机用斜齿轮副的疲劳寿命预测问题,提出了一种基于CAE协同仿真技术的快速疲劳寿命预测方法。采用在ANSYS软件中建立高重合度斜齿轮副的三维静态非线性接触的多齿有限元模型,对齿轮副进行应力计算,进而采取齿廓修形以改善由于啮入或啮出冲击所引起的齿顶应力集中情况。在动力学分析软件ADAMS中得出载荷谱,并利用疲劳分析软件FE-SAFE对斜齿轮副的疲劳寿命做出预测。研究结果表明:齿廓修形可有效地降低啮入啮出冲击;ADAMS可以快速地获得载荷谱,修形后的斜齿轮副寿命能够满足设计要求,且与实际疲劳损伤情况相符。
针对现役空气压缩机用斜齿轮副的疲劳寿命预测问题,提出了一种基于CAE协同仿真技术的快速疲劳寿命预测方法。采用在ANSYS软件中建立高重合度斜齿轮副的三维静态非线性接触的多齿有限元模型,对齿轮副进行应力计算,进而采取齿廓修形以改善由于啮入或啮出冲击所引起的齿顶应力集中情况。在动力学分析软件ADAMS中得出载荷谱,并利用疲劳分析软件FE-SAFE对斜齿轮副的疲劳寿命做出预测。研究结果表明:齿廓修形可有效地降低啮入啮出冲击;ADAMS可以快速地获得载荷谱,修形后的斜齿轮副寿命能够满足设计要求,且与实际疲劳损伤情况相符。
2014, 33(8): 1141-1144.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0806
摘要:
为了更有效支持复杂产品的设计,在自顶向下(Top-Down)设计的理论基础上,提出一种基于三维布局的多级装配模型设计方法。多级装配模型包括两个层级:布局模型层和详细模型层。布局模型用基准几何元素表达零部件的相对空间位置,用凸包表达零部件的空间外形。布局模型层的设计结果是三维布局骨架模型,设计者对三维布局骨架模型进行详细设计即可得到最终的详细模型。基于CATIA平台,以高速列车转向架为例,验证了该方法的可行性。
为了更有效支持复杂产品的设计,在自顶向下(Top-Down)设计的理论基础上,提出一种基于三维布局的多级装配模型设计方法。多级装配模型包括两个层级:布局模型层和详细模型层。布局模型用基准几何元素表达零部件的相对空间位置,用凸包表达零部件的空间外形。布局模型层的设计结果是三维布局骨架模型,设计者对三维布局骨架模型进行详细设计即可得到最终的详细模型。基于CATIA平台,以高速列车转向架为例,验证了该方法的可行性。
2014, 33(8): 1145-1149.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0807
摘要:
为了精确了解输墨系统油墨传输特性,根据胶印机输墨系统的弹性流体动力润滑理论,建立了输墨系统墨辊间隙最小油膜厚度方程,得出给定参数下墨辊间隙的最小油膜厚度,并通过仿真计算分析了墨辊尺寸、接触压力和速度对墨辊间隙所能通过最小膜厚的影响。仿真结果表明:输墨系统墨辊接触压力增大,最小油墨墨层厚度值减小;输墨系统墨辊转速对油墨墨层厚度影响很大,直接影响输墨稳定时间;随着印刷速度增高,承印物表面接受墨层厚度值增大,输墨稳定的时间变长。
为了精确了解输墨系统油墨传输特性,根据胶印机输墨系统的弹性流体动力润滑理论,建立了输墨系统墨辊间隙最小油膜厚度方程,得出给定参数下墨辊间隙的最小油膜厚度,并通过仿真计算分析了墨辊尺寸、接触压力和速度对墨辊间隙所能通过最小膜厚的影响。仿真结果表明:输墨系统墨辊接触压力增大,最小油墨墨层厚度值减小;输墨系统墨辊转速对油墨墨层厚度影响很大,直接影响输墨稳定时间;随着印刷速度增高,承印物表面接受墨层厚度值增大,输墨稳定的时间变长。
2014, 33(8): 1150-1154.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0808
摘要:
行星轮系设计复杂,各参数受到配齿、可靠性和干涉等条件的限制。模数还受到国家标准的制约,只能选取一些离散值,用经典优化算法求解效果很差。遗传算法处理对象不是变量本身,而是经过编码后的基因,这种先天的优势能较好的处理这类变量类型多样的优化问题。通过对齿数和模数的处理,将无序的离散值转变为连续的整型数。提出了一种改进的实值编码方式,建立满足配齿、变位系数、干涉和强度等约束条件,以体积最小为目标函数的优化模型。合理选择遗传算法控制参数,编写了Matlab程序对所建的模型进行求解。研究结果表明:该改进算法全局寻优能力强,多次启动均能收敛于统一最优解。在满足各约束条件的情况下,优化后体积减小了21.056%。
行星轮系设计复杂,各参数受到配齿、可靠性和干涉等条件的限制。模数还受到国家标准的制约,只能选取一些离散值,用经典优化算法求解效果很差。遗传算法处理对象不是变量本身,而是经过编码后的基因,这种先天的优势能较好的处理这类变量类型多样的优化问题。通过对齿数和模数的处理,将无序的离散值转变为连续的整型数。提出了一种改进的实值编码方式,建立满足配齿、变位系数、干涉和强度等约束条件,以体积最小为目标函数的优化模型。合理选择遗传算法控制参数,编写了Matlab程序对所建的模型进行求解。研究结果表明:该改进算法全局寻优能力强,多次启动均能收敛于统一最优解。在满足各约束条件的情况下,优化后体积减小了21.056%。
2014, 33(8): 1155-1160.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0809
摘要:
超薄壁圆筒的旋压生产过程中极易出现旋压失稳情况。旋压载荷过大是导致失稳的主要原因,而超声可以有效降低塑性变形载荷。在超声旋压系统中,变幅杆是关键的部件之一,其设计关系到系统的谐振,输出振幅大小及阻抗匹配等。就应用于超声旋压系统的变幅杆进行理论上的设计计算,并利用MSC.Marc有限元分析软件进行模态分析,验证理论计算的正确性,设计出能够应用于超声旋压系统的复合变幅杆,实验检测表明实际固有频率符合设计要求。
超薄壁圆筒的旋压生产过程中极易出现旋压失稳情况。旋压载荷过大是导致失稳的主要原因,而超声可以有效降低塑性变形载荷。在超声旋压系统中,变幅杆是关键的部件之一,其设计关系到系统的谐振,输出振幅大小及阻抗匹配等。就应用于超声旋压系统的变幅杆进行理论上的设计计算,并利用MSC.Marc有限元分析软件进行模态分析,验证理论计算的正确性,设计出能够应用于超声旋压系统的复合变幅杆,实验检测表明实际固有频率符合设计要求。
2014, 33(8): 1161-1166.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0810
摘要:
SiC单晶具有良好的物理和机械性能,在大功率器件和IC行业有广泛的应用。但由于高的硬度和脆性,使其加工过程变得非常困难。切割力对SiC单晶片的切割质量、切割效率和切割过程的稳定性具有重要的影响,因此研究切割过程的切割力有重要的意义。分析了SiC单晶切割过程影响切割力的主要因素,采用中心复合设计法(CCD)进行了试验设计,考察线锯速度、工件进给速度、工件转速、线锯张紧力4个因素对切割单晶SiC切割力的影响。采用响应面分析法(response surface methodology,RSM)对金刚石线锯切割SiC单晶体的工艺参数进行分析优化,建立了单晶SiC切割力模型,并进行方差分析,表明了模型的可行性。并通过实验验证,结果表明该模型能有效的对切割过程中的切割力进行预测。
SiC单晶具有良好的物理和机械性能,在大功率器件和IC行业有广泛的应用。但由于高的硬度和脆性,使其加工过程变得非常困难。切割力对SiC单晶片的切割质量、切割效率和切割过程的稳定性具有重要的影响,因此研究切割过程的切割力有重要的意义。分析了SiC单晶切割过程影响切割力的主要因素,采用中心复合设计法(CCD)进行了试验设计,考察线锯速度、工件进给速度、工件转速、线锯张紧力4个因素对切割单晶SiC切割力的影响。采用响应面分析法(response surface methodology,RSM)对金刚石线锯切割SiC单晶体的工艺参数进行分析优化,建立了单晶SiC切割力模型,并进行方差分析,表明了模型的可行性。并通过实验验证,结果表明该模型能有效的对切割过程中的切割力进行预测。
2014, 33(8): 1167-1171.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0811
摘要:
分析了电火花加工中电参数与加工质量之间的关系,并运用支持向量机(SVM)对电火花加工中电参数进行了优化研究。仿真结果表明:电参数预测精度最高可达96.10%,最低89.20%,平均94.28%,说明SVM算法稳定性及泛化能力优秀。进一步经实验验证,预测精度最高达92.65%,最低81.50%,平均89.38%,同样较高。说明该方法所确定的最优电参数能够很好地保证预期的加工质量,从而可以方便操作者对加工条件的确定。
分析了电火花加工中电参数与加工质量之间的关系,并运用支持向量机(SVM)对电火花加工中电参数进行了优化研究。仿真结果表明:电参数预测精度最高可达96.10%,最低89.20%,平均94.28%,说明SVM算法稳定性及泛化能力优秀。进一步经实验验证,预测精度最高达92.65%,最低81.50%,平均89.38%,同样较高。说明该方法所确定的最优电参数能够很好地保证预期的加工质量,从而可以方便操作者对加工条件的确定。
2014, 33(8): 1172-1176.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0812
摘要:
针对复杂产品变型设计过程中零部件的查询问题,提出了一种零部件遍历方法。根据产品构成各零件之间的配合关系,建立了产品主模型。通过分析产品主模型和遍历算法的特点,给出了适合复杂产品变型设计的零部件遍历规则,规定了产品中零部件的遍历方向。借助VC++语言,对SolidWorks三维软件进行了二次开发,实现了复杂产品的变型设计。最后,以垃圾破碎机为例,对提出的方法进行了验证。
针对复杂产品变型设计过程中零部件的查询问题,提出了一种零部件遍历方法。根据产品构成各零件之间的配合关系,建立了产品主模型。通过分析产品主模型和遍历算法的特点,给出了适合复杂产品变型设计的零部件遍历规则,规定了产品中零部件的遍历方向。借助VC++语言,对SolidWorks三维软件进行了二次开发,实现了复杂产品的变型设计。最后,以垃圾破碎机为例,对提出的方法进行了验证。
2014, 33(8): 1177-1182.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0813
摘要:
针对曲面上曲线偏置方法存在的不足,提出一种流形网格曲面上测地B样条曲线偏置方法。该方法将流形网格曲面上曲线偏置的问题转换为平面曲线偏置的问题。对于给定的流形网格曲面上测地B样条曲线,将测地B样条曲线所在的区域用离散指数映射的方法进行局部参数化;利用基于控制顶点偏移的方法,将参数域上的曲线进行偏置;利用参数匹配的方法将偏置后的曲线映射到流形网格曲面上,完成曲面上曲线的偏置。针对平面偏置曲线出现的自交,提出了一种新的检测与去除自交的方法,能够有效地去除自交。试验结果表明:该方法不仅健壮、有效,能够满足交互设计要求,而且偏置曲线的表达式与源曲线具有相同形式。
针对曲面上曲线偏置方法存在的不足,提出一种流形网格曲面上测地B样条曲线偏置方法。该方法将流形网格曲面上曲线偏置的问题转换为平面曲线偏置的问题。对于给定的流形网格曲面上测地B样条曲线,将测地B样条曲线所在的区域用离散指数映射的方法进行局部参数化;利用基于控制顶点偏移的方法,将参数域上的曲线进行偏置;利用参数匹配的方法将偏置后的曲线映射到流形网格曲面上,完成曲面上曲线的偏置。针对平面偏置曲线出现的自交,提出了一种新的检测与去除自交的方法,能够有效地去除自交。试验结果表明:该方法不仅健壮、有效,能够满足交互设计要求,而且偏置曲线的表达式与源曲线具有相同形式。
2014, 33(8): 1183-1185.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0814
摘要:
通过建立的钛合金切削加工仿真数值模型,研究了刀具磨损对钛合金切削过程中切削力、切削温度及切屑形态的影响规律,并对这些影响的产生机理进行了讨论。结果表明:随着磨损程度的增大,切削力及切削温度会迅速增加;月牙洼磨损会引起切削力的剧烈震荡且振幅随磨损的增大而增大,后刀面磨损将增大切削力;锯齿形切屑的变形程度在加大,但是锯齿产生的频率在降低。
通过建立的钛合金切削加工仿真数值模型,研究了刀具磨损对钛合金切削过程中切削力、切削温度及切屑形态的影响规律,并对这些影响的产生机理进行了讨论。结果表明:随着磨损程度的增大,切削力及切削温度会迅速增加;月牙洼磨损会引起切削力的剧烈震荡且振幅随磨损的增大而增大,后刀面磨损将增大切削力;锯齿形切屑的变形程度在加大,但是锯齿产生的频率在降低。
2014, 33(8): 1186-1191.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0815
摘要:
建立了滚针轴承载荷分布模型,并用程序实现了其数值计算,确定了影响轴承载荷分布的4个主要因素:载荷、倾角、游隙、凸度;提出了以载荷分布均匀度作为判断轴承载荷分布的评价指标,利用二次回归正交法分析了各因素对载荷分布均匀性的影响程度,建立了各评价指标的拟合公式;基于拟合公式建立了滚针最优凸度的计算模型,获得了在载荷确定情况下的最优凸度,最后确定了轴承极限倾角。
建立了滚针轴承载荷分布模型,并用程序实现了其数值计算,确定了影响轴承载荷分布的4个主要因素:载荷、倾角、游隙、凸度;提出了以载荷分布均匀度作为判断轴承载荷分布的评价指标,利用二次回归正交法分析了各因素对载荷分布均匀性的影响程度,建立了各评价指标的拟合公式;基于拟合公式建立了滚针最优凸度的计算模型,获得了在载荷确定情况下的最优凸度,最后确定了轴承极限倾角。
2014, 33(8): 1192-1196.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0816
摘要:
运用有限元和动力学分析方法分析了新开发的大功率高速弹簧离合器在不同摩擦系数下的接合动态特性;在Abaqus平台上建立了由弹簧和输入输出壳体组成的弹簧离合器三维有限元模型,分析得到了不同摩擦系数下离合器的响应时间、接合时间、弹簧内外圈的Mises应力、径向位移。结果表明,设计的变截面弹簧离合器响应速度快,弹簧稳态接合后的Mises应力分布较均匀,且弹簧中部圈还未完全与壳体内壁接触,离合器承载能力还有一定裕度。此外,弹簧与壳体间摩擦系数对离合器接合时间、响应时间影响不大,对弹簧Mises应力有影响,对弹簧的径向位移影响明显。
运用有限元和动力学分析方法分析了新开发的大功率高速弹簧离合器在不同摩擦系数下的接合动态特性;在Abaqus平台上建立了由弹簧和输入输出壳体组成的弹簧离合器三维有限元模型,分析得到了不同摩擦系数下离合器的响应时间、接合时间、弹簧内外圈的Mises应力、径向位移。结果表明,设计的变截面弹簧离合器响应速度快,弹簧稳态接合后的Mises应力分布较均匀,且弹簧中部圈还未完全与壳体内壁接触,离合器承载能力还有一定裕度。此外,弹簧与壳体间摩擦系数对离合器接合时间、响应时间影响不大,对弹簧Mises应力有影响,对弹簧的径向位移影响明显。
2014, 33(8): 1197-1202.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0817
摘要:
回转窑是对固体物料进行机械、物理或化学处理的超大型筒体设备,在建材、冶金、化工等行业广泛使用。回转窑运行时工况复杂,在运行过程中筒体轴线会偏离理论轴线,导致各部件受力不均,各运动部件磨损加剧、寿命缩短,进而引发一系列问题。首先对某大型回转窑模型进行有限元分析,然后在回转窑满足各部件受力均衡及筒体轴线直线度要求的前提下,以各档位之间的间距、滚圈变形的初始值、调窑量和支承角为设计变量,对回转窑进行等载同轴优化,最后通过计算结果数据建立二次多项式响应面模型,得出设计变量中各因子对结果的影响程度的大小,同时也得到了托轮在垂直和水平方向受力响应面模型的数学表达式。
回转窑是对固体物料进行机械、物理或化学处理的超大型筒体设备,在建材、冶金、化工等行业广泛使用。回转窑运行时工况复杂,在运行过程中筒体轴线会偏离理论轴线,导致各部件受力不均,各运动部件磨损加剧、寿命缩短,进而引发一系列问题。首先对某大型回转窑模型进行有限元分析,然后在回转窑满足各部件受力均衡及筒体轴线直线度要求的前提下,以各档位之间的间距、滚圈变形的初始值、调窑量和支承角为设计变量,对回转窑进行等载同轴优化,最后通过计算结果数据建立二次多项式响应面模型,得出设计变量中各因子对结果的影响程度的大小,同时也得到了托轮在垂直和水平方向受力响应面模型的数学表达式。
2014, 33(8): 1203-1206.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0818
摘要:
在研究起重机吊重系统防摇控制时,可以分别对小车位移和摆角子系统进行控制器设计。由于在起重机摆角子系统中吊重摆角角速度一般靠传感器进行测量,增加了运行和维护成本。为此提出了设计起重机摆角子系统非线性扩张状态观测器对起重机摆角子系统状态信息进行重构,软测量摆角角速度。给出了观测器的结构方程,并运用Matlab对观测器参数进行了优化整定。参数整定后的扩张状态观测器能够在0.3 s内估计出系统摆角和摆角速度,并且在0.5 s内估计出了系统的外界干扰。仿真结果表明:经过Matlab参数整定的扩张状态观测器(extend state observer,ESO)可以实现对非线性的起重机摆角子系统状态信息的软测量。
在研究起重机吊重系统防摇控制时,可以分别对小车位移和摆角子系统进行控制器设计。由于在起重机摆角子系统中吊重摆角角速度一般靠传感器进行测量,增加了运行和维护成本。为此提出了设计起重机摆角子系统非线性扩张状态观测器对起重机摆角子系统状态信息进行重构,软测量摆角角速度。给出了观测器的结构方程,并运用Matlab对观测器参数进行了优化整定。参数整定后的扩张状态观测器能够在0.3 s内估计出系统摆角和摆角速度,并且在0.5 s内估计出了系统的外界干扰。仿真结果表明:经过Matlab参数整定的扩张状态观测器(extend state observer,ESO)可以实现对非线性的起重机摆角子系统状态信息的软测量。
2014, 33(8): 1207-1209.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0819
摘要:
获得宏模型是微混合器设计与仿真的关键。将Navier-Stokes方程和对流扩散方程用有限元方法进行离散化处理,应用Krylov子空间的Arnoldi过程对得到的微分-代数方程组降阶处理,提取出宏模型。仿真结果表明,经过降阶处理得到的宏模型保证了微混合器的输出精度,降低了计算复杂度。
获得宏模型是微混合器设计与仿真的关键。将Navier-Stokes方程和对流扩散方程用有限元方法进行离散化处理,应用Krylov子空间的Arnoldi过程对得到的微分-代数方程组降阶处理,提取出宏模型。仿真结果表明,经过降阶处理得到的宏模型保证了微混合器的输出精度,降低了计算复杂度。
2014, 33(8): 1210-1213.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0820
摘要:
汽车主减速器作为驱动桥上的核心部件,其噪声质量是评价整个传动系动力性能的一项重要指标。针对主减速器在线测试要求,介绍了振速法在主减速器噪声现场测试中的应用,同时分析转速、负载载荷和空载阻力距对主减速器噪声性能的影响,实验结果表明:转速对汽车主减速器的噪声影响最大,载荷和空载阻力矩对噪声的影响较小;同时,空载和加载情况下主减总成的噪声频谱图有较大的区别。所得出结论可帮助设计者分析影响主减总成噪音的主要因素及其在线NVH性能检测试验规范的制订提供依据。
汽车主减速器作为驱动桥上的核心部件,其噪声质量是评价整个传动系动力性能的一项重要指标。针对主减速器在线测试要求,介绍了振速法在主减速器噪声现场测试中的应用,同时分析转速、负载载荷和空载阻力距对主减速器噪声性能的影响,实验结果表明:转速对汽车主减速器的噪声影响最大,载荷和空载阻力矩对噪声的影响较小;同时,空载和加载情况下主减总成的噪声频谱图有较大的区别。所得出结论可帮助设计者分析影响主减总成噪音的主要因素及其在线NVH性能检测试验规范的制订提供依据。
2014, 33(8): 1214-1218.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0821
摘要:
横摆率是表征车辆横向稳定性的重要指标,是车辆操纵稳定性控制系统中的关键控制变量。PID控制作为最常用的控制方法之一,虽然PID控制易于实现,但参数整定的难题限制其工程应用。基于响应面理论,以前轮转向角幅值和PID控制参数为响应面输入,以车辆横摆率曲线的关键点为响应面输出,构建集成PID控制器的8自由度车辆动力学代理模型。该方法不仅可避免考虑代理模型的时间状态因素,而且能实现PID控制参数的快速整定。数值仿真结果表明:该方法建立的代理模型精度高,整定的PID控制器能实现车辆横摆率对期望横摆率的准确跟踪,有效改善车辆的横向稳定性。
横摆率是表征车辆横向稳定性的重要指标,是车辆操纵稳定性控制系统中的关键控制变量。PID控制作为最常用的控制方法之一,虽然PID控制易于实现,但参数整定的难题限制其工程应用。基于响应面理论,以前轮转向角幅值和PID控制参数为响应面输入,以车辆横摆率曲线的关键点为响应面输出,构建集成PID控制器的8自由度车辆动力学代理模型。该方法不仅可避免考虑代理模型的时间状态因素,而且能实现PID控制参数的快速整定。数值仿真结果表明:该方法建立的代理模型精度高,整定的PID控制器能实现车辆横摆率对期望横摆率的准确跟踪,有效改善车辆的横向稳定性。
2014, 33(8): 1219-1224.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0822
摘要:
为验证铰接系统在铰接车前后车架上不同布局方案的差异,利用ADAMS软件建立了铰接车虚拟样机模型,研究了铰接系统前置和后置两种方案对铰接车原地转向过程中轮胎和铰接体的受力、车身侧倾以及运动轨迹的影响。结果表明:采用铰接体前置方案减小了转向过程中前后车体侧倾的现象,内外两侧轮胎轮荷转移量降低了50%以上,铰接体沿整车纵向和侧向的受力也得到一定程度的改善,采用两种方案的铰接车运动轨迹基本重合。
为验证铰接系统在铰接车前后车架上不同布局方案的差异,利用ADAMS软件建立了铰接车虚拟样机模型,研究了铰接系统前置和后置两种方案对铰接车原地转向过程中轮胎和铰接体的受力、车身侧倾以及运动轨迹的影响。结果表明:采用铰接体前置方案减小了转向过程中前后车体侧倾的现象,内外两侧轮胎轮荷转移量降低了50%以上,铰接体沿整车纵向和侧向的受力也得到一定程度的改善,采用两种方案的铰接车运动轨迹基本重合。
2014, 33(8): 1225-1232.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0823
摘要:
对汽车转向系统进行受力分析,建立了不同工况下的转向盘阻力矩模型。提出了一种驾驶员理想转向盘力矩参数化特性模型,并在此基础之上对EPS(electric power steering system)助力特性曲线的设计机理进行研究。提出了以驾驶员理想转向盘力矩与车速、转向盘转角、侧向加速度的关系为基础将助力特性曲线按照高速和低速分别进行设计的观点,进而基于此观点探讨了EPS助力特性曲线的产生过程,并对EPS助力特性曲线的几何特征进行了论证。
对汽车转向系统进行受力分析,建立了不同工况下的转向盘阻力矩模型。提出了一种驾驶员理想转向盘力矩参数化特性模型,并在此基础之上对EPS(electric power steering system)助力特性曲线的设计机理进行研究。提出了以驾驶员理想转向盘力矩与车速、转向盘转角、侧向加速度的关系为基础将助力特性曲线按照高速和低速分别进行设计的观点,进而基于此观点探讨了EPS助力特性曲线的产生过程,并对EPS助力特性曲线的几何特征进行了论证。
2014, 33(8): 1233-1237.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0824
摘要:
针对传统电动助力转向(EPS)系统不能在车辆极限工况行驶时实施主动转向,也不能对驾驶员的转向误操作进行主动补偿的问题,建立了融合主动转向功能的EPS整车操纵动力学模型,并以转向轻便性、灵敏性、回正特性及整车操纵稳定性为系统评价输出,运用H∞鲁棒控制策略对基于整车操纵稳定性控制的汽车EPS系统控制特性进行了仿真分析。仿真结果表明,集成主动转向功能的EPS控制系统,既能够实现EPS系统的传统控制特性,又能够根据汽车极限运行工况时整车操纵稳定性的要求实施主动转向,从而有效降低车身横摆角速度和质心侧偏角,并最大程度地发挥EPS的功能调节范围。
针对传统电动助力转向(EPS)系统不能在车辆极限工况行驶时实施主动转向,也不能对驾驶员的转向误操作进行主动补偿的问题,建立了融合主动转向功能的EPS整车操纵动力学模型,并以转向轻便性、灵敏性、回正特性及整车操纵稳定性为系统评价输出,运用H∞鲁棒控制策略对基于整车操纵稳定性控制的汽车EPS系统控制特性进行了仿真分析。仿真结果表明,集成主动转向功能的EPS控制系统,既能够实现EPS系统的传统控制特性,又能够根据汽车极限运行工况时整车操纵稳定性的要求实施主动转向,从而有效降低车身横摆角速度和质心侧偏角,并最大程度地发挥EPS的功能调节范围。
2014, 33(8): 1238-1241.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0825
摘要:
重型车辆旁通流量式电控液压转向系统(ECHPS)通过改变旁通流量的大小调节液压助力,实现低速转向轻便性和高速转向稳定性。汽车高速转向时由于旁通流量大而导致转向响应性变差,提出在紧急转向时施加附加力矩来提高转向跟随性。研究了基于车速和转向角速度的附加力矩控制策略,在相同的转角速度下,车速越大比例阀电压越大,助力越小;在同一车速下,随着角速度的增大,比例阀的电压减小,助力增大。建立了附加力矩的控制模型并进行了仿真,结果验证了控制策略的正确性,说明附加力矩能增强ECHPS紧急转向下的快速响应性。
重型车辆旁通流量式电控液压转向系统(ECHPS)通过改变旁通流量的大小调节液压助力,实现低速转向轻便性和高速转向稳定性。汽车高速转向时由于旁通流量大而导致转向响应性变差,提出在紧急转向时施加附加力矩来提高转向跟随性。研究了基于车速和转向角速度的附加力矩控制策略,在相同的转角速度下,车速越大比例阀电压越大,助力越小;在同一车速下,随着角速度的增大,比例阀的电压减小,助力增大。建立了附加力矩的控制模型并进行了仿真,结果验证了控制策略的正确性,说明附加力矩能增强ECHPS紧急转向下的快速响应性。
2014, 33(8): 1242-1244.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0826
摘要:
以汽车发动机噪声辐射能量分布为参考,以其实际使用的某一吸声材料为测试对象,将两个麦克风等间距布置在吸声材料的正前方,利用麦克风分别测得麦克风所在位置的声压数值,将所测得的声压进行拉氏变换,再根据两麦克风之间测得声压的时间延时得到声波的反射系数,最后利用声波的反射系数推导出吸声系数。实验表明:利用该方法测量得到的吸声系数在声波频率较低时与驻波管法以及混响室法测量得到的吸声系数基本一致,在所参考汽车发动机噪声辐射能量分布情况下,基于时间延迟的吸声系数测量更快捷,结果具有较好的可靠性。
以汽车发动机噪声辐射能量分布为参考,以其实际使用的某一吸声材料为测试对象,将两个麦克风等间距布置在吸声材料的正前方,利用麦克风分别测得麦克风所在位置的声压数值,将所测得的声压进行拉氏变换,再根据两麦克风之间测得声压的时间延时得到声波的反射系数,最后利用声波的反射系数推导出吸声系数。实验表明:利用该方法测量得到的吸声系数在声波频率较低时与驻波管法以及混响室法测量得到的吸声系数基本一致,在所参考汽车发动机噪声辐射能量分布情况下,基于时间延迟的吸声系数测量更快捷,结果具有较好的可靠性。
2014, 33(8): 1245-1250.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0827
摘要:
为更精确地模拟钛合金的切削过程,将断裂力学的裂纹扩展能量理论作为材料损伤演化准则引入切削仿真,考虑刀具切屑接触面上的极限剪切应力随摩擦系数变化、摩擦系数随温度变化,建立了钛合金Ti-6Al-4V二维正交热力耦合切削仿真模型。通过钛合金车削试验及切屑金相观察试验对有限元模型进行验证,结果表明仿真的切削力、锯齿切屑形态与实验结果吻合程度较高。以该有限元模型为基础,分析了已加工表面的残余应力,预测了前角对切屑卷曲与损伤程度、剪切角、锯齿形状、刀具温度的影响。
为更精确地模拟钛合金的切削过程,将断裂力学的裂纹扩展能量理论作为材料损伤演化准则引入切削仿真,考虑刀具切屑接触面上的极限剪切应力随摩擦系数变化、摩擦系数随温度变化,建立了钛合金Ti-6Al-4V二维正交热力耦合切削仿真模型。通过钛合金车削试验及切屑金相观察试验对有限元模型进行验证,结果表明仿真的切削力、锯齿切屑形态与实验结果吻合程度较高。以该有限元模型为基础,分析了已加工表面的残余应力,预测了前角对切屑卷曲与损伤程度、剪切角、锯齿形状、刀具温度的影响。
2014, 33(8): 1251-1254.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0828
摘要:
为提高裂纹柔度法测试铝合金预拉伸板材毛坯初始残余应力的测试效率和测试精度,从应变采集精度和柔度函数计算效率等方面展开研究,采用基于ABAQUS有限元软件Load Case功能对柔度函数的算法进行了优化。对铝合金预拉伸板7050-T7451的毛坯初始残余应力进行了测试,建立了裂纹柔度法残余应力高效、高精度测量的测试规程,给出了突发状况应对机制。结果表明:柔度函数的计算效率得到显著提升,获得了该板材轧制方向和横向方向的残余应力均呈明显"M型曲线"的分布规律。
为提高裂纹柔度法测试铝合金预拉伸板材毛坯初始残余应力的测试效率和测试精度,从应变采集精度和柔度函数计算效率等方面展开研究,采用基于ABAQUS有限元软件Load Case功能对柔度函数的算法进行了优化。对铝合金预拉伸板7050-T7451的毛坯初始残余应力进行了测试,建立了裂纹柔度法残余应力高效、高精度测量的测试规程,给出了突发状况应对机制。结果表明:柔度函数的计算效率得到显著提升,获得了该板材轧制方向和横向方向的残余应力均呈明显"M型曲线"的分布规律。
2014, 33(8): 1255-1258.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0829
摘要:
铣削是复合材料最常用的机械加工形式之一。减小铣削力可以提高零件的表面质量,减少刀具的磨损等。使用硬质合金铣刀对该材料进行铣削试验,研究了铣削力的变化规律;并用Excel软件对铣削力的试验数据进行回归分析,最后建立了铣削力的经验公式。结果表明:进给速度对铣削力影响较大,铣削力随进给速度的增大而增大,基本呈线性关系;主轴转速对铣削力影响不是很大,铣削力随主轴转速的增大逐步增大。
铣削是复合材料最常用的机械加工形式之一。减小铣削力可以提高零件的表面质量,减少刀具的磨损等。使用硬质合金铣刀对该材料进行铣削试验,研究了铣削力的变化规律;并用Excel软件对铣削力的试验数据进行回归分析,最后建立了铣削力的经验公式。结果表明:进给速度对铣削力影响较大,铣削力随进给速度的增大而增大,基本呈线性关系;主轴转速对铣削力影响不是很大,铣削力随主轴转速的增大逐步增大。
2014, 33(8): 1259-1263.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0830
摘要:
为放大超磁致伸缩致动器的位移,设计了位移传递机构以叠加致动器中超磁致伸缩棒和筒的输出。针对该致动器中棒和筒的磁场分布问题,基于有限元法建立了磁场强度的计算电磁学模型,并利用ANSYS软件进行了仿真。通过仿真得到了棒和筒上任一点磁场强度,并基于一种新的平均化方法确定了截面磁场强度平均值;最后得到位移传递机构取不同磁导率时棒和筒上磁场强度的轴向分布规律。
为放大超磁致伸缩致动器的位移,设计了位移传递机构以叠加致动器中超磁致伸缩棒和筒的输出。针对该致动器中棒和筒的磁场分布问题,基于有限元法建立了磁场强度的计算电磁学模型,并利用ANSYS软件进行了仿真。通过仿真得到了棒和筒上任一点磁场强度,并基于一种新的平均化方法确定了截面磁场强度平均值;最后得到位移传递机构取不同磁导率时棒和筒上磁场强度的轴向分布规律。
2014, 33(8): 1264-1267.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0831
摘要:
应用ADAMS虚拟样机软件对滑梯释放过程进行研究,分析了滑梯释放过程中滑梯包与飞机平行外开式舱门运动协调的设计技术。建立仿真模型,将滑梯释放过程中滑梯包与机身结构之间的关系考虑为接触碰撞模型,仿真过程较好地模拟了滑梯释放过程;对影响滑梯释放的参数进行仿真分析,仿真结果表明通过增长释放拉索长度或增大舱门开启速度可达到滑梯顺利释放的优化目的,并着重分析了滑梯包掉在门槛外时舱门开启速度与围布所受载荷的关系。
应用ADAMS虚拟样机软件对滑梯释放过程进行研究,分析了滑梯释放过程中滑梯包与飞机平行外开式舱门运动协调的设计技术。建立仿真模型,将滑梯释放过程中滑梯包与机身结构之间的关系考虑为接触碰撞模型,仿真过程较好地模拟了滑梯释放过程;对影响滑梯释放的参数进行仿真分析,仿真结果表明通过增长释放拉索长度或增大舱门开启速度可达到滑梯顺利释放的优化目的,并着重分析了滑梯包掉在门槛外时舱门开启速度与围布所受载荷的关系。
2014, 33(8): 1268-1271.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0832
摘要:
空间环形可展开天线借助于贯穿在杆件中的绳索的收卷完成展开,为了能精确测定已收卷绳长,使绳长作为天线展开程度的有力判据,文中设计了一种带绳索排布管理的动力展开机构。该机构利用原有展开机构的动力源,经过齿轮变速箱传动,由凸轮机构将展开电机的单向转动转化为过绳滑块的往复运动,来引导绳索在卷绳轮上按照一定的规律整齐排布。动力学仿真分析和功能试验,均证明该机构可以在承受一定负载的情况下平稳运行,绳索排布的效果良好。
空间环形可展开天线借助于贯穿在杆件中的绳索的收卷完成展开,为了能精确测定已收卷绳长,使绳长作为天线展开程度的有力判据,文中设计了一种带绳索排布管理的动力展开机构。该机构利用原有展开机构的动力源,经过齿轮变速箱传动,由凸轮机构将展开电机的单向转动转化为过绳滑块的往复运动,来引导绳索在卷绳轮上按照一定的规律整齐排布。动力学仿真分析和功能试验,均证明该机构可以在承受一定负载的情况下平稳运行,绳索排布的效果良好。
2014, 33(8): 1272-1276.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0833
摘要:
铆钉的柔度是飞机结构强度分析中重要的量,工程中常用载荷变形曲线(简称p-δ曲线)来度量。详细地研究了铆钉p-δ曲线有限元非线性数值分析方法,提出了计算p-δ曲线力学模型和三维有限元建模分析方法,模型考虑了铆钉与钉孔的接触及摩擦。利用有限元模型,研究了不同摩擦系数以及板厚对曲线的影响。为了确认模型的可靠性和分析结果正确性,同试验数据进行比较,结果显示计算结果与试验结果一致性良好,说明分析模型合理可靠。提出的力学模型和有限元模型化方法可以用于对其它型号铆钉p-δ曲线数值分析。
铆钉的柔度是飞机结构强度分析中重要的量,工程中常用载荷变形曲线(简称p-δ曲线)来度量。详细地研究了铆钉p-δ曲线有限元非线性数值分析方法,提出了计算p-δ曲线力学模型和三维有限元建模分析方法,模型考虑了铆钉与钉孔的接触及摩擦。利用有限元模型,研究了不同摩擦系数以及板厚对曲线的影响。为了确认模型的可靠性和分析结果正确性,同试验数据进行比较,结果显示计算结果与试验结果一致性良好,说明分析模型合理可靠。提出的力学模型和有限元模型化方法可以用于对其它型号铆钉p-δ曲线数值分析。
2014, 33(8): 1277-1280.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0834
摘要:
测量航空发动机燃气涡轮工作叶片榫头部位应力分布的难度很大,论文提出并实施了一种通过光弹性冻结试验来实现这一目的方法。完成了光弹性模型的设计并采用真空浇注系统浇注了毛坯,采用数控铣技术加工了光弹性模型,在模块化、组合化的模型加载装置上完成了光弹性冻结试验,通过切片及应力分析得到了燃气涡轮盘榫头部位的应力分布,有限元计算结果验证了光弹性冻结试验的有效性,为航空发动机燃气涡轮工作叶片榫头部位的强度和寿命分析提供了可靠的依据。
测量航空发动机燃气涡轮工作叶片榫头部位应力分布的难度很大,论文提出并实施了一种通过光弹性冻结试验来实现这一目的方法。完成了光弹性模型的设计并采用真空浇注系统浇注了毛坯,采用数控铣技术加工了光弹性模型,在模块化、组合化的模型加载装置上完成了光弹性冻结试验,通过切片及应力分析得到了燃气涡轮盘榫头部位的应力分布,有限元计算结果验证了光弹性冻结试验的有效性,为航空发动机燃气涡轮工作叶片榫头部位的强度和寿命分析提供了可靠的依据。
