基于EMD和时频分析的低振动机体结构优化研究

为降低柴油机机体振动,开展了基于经验模态分解（EMD）和时频分析的低振动机体优化设计研究。首先建立了机体有限元模型,通过机体模态试验验证了有限元模型正确性;然后,采用多体动力学和有限元相结合的方法计算了机体振动响应,并将计算结果与试验结果进行了对比验证,两者比较吻合;进而采用EMD对机体裙部振动速度信号进行分解,对分解得到的结果中能量较大的分量进行小波时频变换,通过时频分析得到结构优化的主要依据;最后对优化前后振动响应分别采用小波和Hilbert变换进行定性和定量的对比验证。结果表明,优化后整机振动烈度降低了26.81%,整机的振动水平得到了明显的降低,从而验证了该方法的有效性。     

基于复合优化方法立式数控加工中心的多目标优化设计

为实现加工中心动静态性能不低于优化前性能,达到整机重量最轻的要求,本文提出了一种复合优化方法来研究多变量、多约束和多目标的数控加工中心优化设计。采用有限元分析和实验模态测试方法分析各大件动态性能,并验证了有限元模型的精确性。然后以该有限元模型为基础进行静态分析,得出各大件的最大变形及应力等。以柔度为目标,采用变密度法拓扑优化设计立柱结构的外形框架;以固有频率为目标,基于元结构的可适应性动态优化方法设计加工中心的筋板结构;以固有频率和质量为目标,基于响应面法的尺寸优化确定各结构的最优尺寸。最后将优化后的各大件进行整机装配,分析校核整机动静态性能。分析结果表明,优化后的整机在保证加工中心动静态性能的条件下,整机质量从12749kg减少到12127kg,减重达到4.9%,达到了整机的优化设计要求,说明该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

RV减速器摆线轮模态分析与结构优化

目的根据摆线轮模态分析计算结果对摆线轮进行结构优化。方法通过Pro/E对RV减速器摆线轮进行三维造型,将完成的实体模型导入Ansys中,建立动力学仿真分析模型,进行有限元模态分析,得出摆线轮在自由边界与约束边界下的固有特性。将模态计算结果与整机模型固有频率进行比较,根据振型分析摆线轮最大刚体位移的位置,进行结构优化设计并验证。结果自由边界下的第7,8阶与约束边界下的第2,3阶固有频率均与整机相接近,容易引起整机共振的固有频率段为844.7?1163.7 Hz;摆线轮最大刚体位移的位置为贯穿孔外侧的摆线齿廓,自由和约束边界下的最大位移分别为44.349,59.484mm;结构优化后的最大位移分别为37.581,44.066 mm。结论摆线轮齿廓处为结构的薄弱环节,结构优化后的摆线轮模型在固有特性以及固有振型上都达到了有效改善效果。     

基于FEM/BEM方法的缝纫机油盘低噪声设计研究

针对中捷某型缝纫机,建立了油盘的实体模型和有限元模型,利用HyperWorks—Optistruct进行了模态分析,获得结构的固有频率和振型特性参数。在此基础上,利用MSC.Patran/Nastran进行了频响分析,并将仿真结果与实验结果对比,验证了模型的有效性。通过拓扑优化和形貌优化对模型进行优化后,提高了油盘前5阶固有频率,避免了共振,且减小了表面振动速度,降低了辐射声功率。通过利用SYSNOISE对油盘进行边界元噪声辐射仿真分析,结果表明油盘辐射噪声值降低。最后,经整机振动噪声测试试验,证明减振降噪效果明显。本研究成果能有效提高油盘的结构刚度和降低振动幅度,最终改善缝纫机整机的结构辐射噪声。     

空调温区自由活塞斯特林制冷机中回热器的优化设计

根据一台空调温区自由活塞斯特林制冷机(FPSC)的设计要求(300 W@280 K),对其关键部件回热器进行了优化设计。回热器填料选择了流阻损失较小的卷箔式结构和聚酯材料。搭建了Sage整机模型和回热器模型以分析不同回热器长度和孔隙率对回热器换热损失及整机制冷性能的影响,280 K制冷温度下回热器长度和孔隙率的优化结果分别为32 mm和76%。最后分析了FPSC内部换热损失的分布情况,验证了卷箔式结构在空调温区应用中的优势。     

DOE方法在压缩机降噪研究中的应用

运用试验设计(DOE)方法对压缩机噪声问题进行研究,寻找对不同频率段及整机噪声起显著影响作用的问题零件,对问题零件进行结构改进,利用声学有限元仿真分析软件进行模拟分析与样机验证。结果表明:改善后的结构方案使压缩机噪声降低了4 dB(A)左右,达到改善品质之目的。该方法减少了试验验证次数,降低了产品优化成本。     

适合小管径空调器的分配器分流性能评价与结构优化

为了开发具有最佳流量分配性能的小管径空调分配器,本文采用数值仿真和空气-水实验相结合的方法评价了常用分配器的分流性能,提出分配器的结构优化方法,并利用空调整机实验验证了该结构优化方法的改进效果。对于三种比较适合于小管径空调器的分配器进行的实验和计算表明,插孔式分配器的分流性能最佳,在额定制冷和额定制热工况下流量分配不均匀度均小于6%;实验结果与仿真计算得出的分配器流量分配不均匀度结果吻合,计算结果与实验的偏差都在15%以内。利用验证过的仿真模型,对插孔式分配器进行结构优化,优化后的分配器应用于空调整机后,系统能效提高了2.2%~2.7%。     

主承力结构对柴油机振声响应影响规律的研究

建立某12V型柴油机的有限元模型,进行整机振动频响计算,并结合AML方法建立该柴油机的声辐射预测模型。在此基础上,开展主承力结构不同设计参数方案下的内燃机整机振声响应计算,从而确定影响内燃机振声响应的主承力结构关键设计要素:主轴承座-盖宽度、机体箱体内侧板位置及机体箱体外侧板厚度,并对上述设计参数进行关于内燃机整机声功率级的响应面分析。通过响应面分析的结果,获得了该柴油机主承力结构的最优设计方案,对比优化前后整机声功率级值,主承力结构优化后整机声功率级值减小了1.87 d B(A),即优化后声功率比原始结构下声功率减小了1/3,优化效果显著。     

大容量高速逆流色谱仪分离柱结构设计与优化

为得到高效、快速、制备量大的分离效果,设计一种大容量高速逆流色谱仪分离柱结构。并使用ANSYS Workbench建立有限元模型,进行静力学分析及模态分析,验证设计的合理性及实用性;再利用响应曲面优化算法,选定分离柱的3个关键尺寸作为设计变量,最大等效应力、最大总变形量和模型质量作为优化目标,对优化目标设置条件约束,经过计算得到较为合理的分离柱结构,最后进行疲劳分析校准。整个分析过程可确保该结构设计的可靠性,为后续进行高速逆流色谱仪整机的结构与优化设计提供参考。     

液晶电视包装件跌落仿真及结构优化

目的 在提升液晶电视包装泡沫抗冲击性能的基础上进行结构优化设计,以减少包装成本。方法 利用HyperMesh建立带有包装的液晶电视整机有限元模型,并验证模型的有效性。依据企业跌落标准,采用LS-DNYA开展液晶电视仿真跌落分析,基于仿真结果运用OptiStruct对包装结构进行拓扑优化,最后对比优化前后的结果。结果 仿真跌落分析中,前面和后面跌落工况下液晶电视的加速度峰值最大,分别为220.01g和183.40g。包装结构优化后加速度峰值均有所降低,其中后面跌落工况下降最大,为23.41%,同时优化后的结构相对原始结构质量降低6.73%。结论 经过结构优化后的包装泡沫,有效提升了液晶电视在跌落冲击中的安全性能,降低了生产成本。     

高速工业平缝机整机驱动性能优化

为了实现高速工业平缝机节能降噪和绿色制造的需求,对其整机驱动性能进行优化.在整机各组成机构运动学和动态静力分析基础上,选取杆件的质量参数作为设计变量,采用序列二次规划多目标优化算法对整机振动力和振动力矩进行优化.仿真结果表明:整机机构的性能优化效果优于传统的单独优化各组成机构性能的效果,有效改善了整机的驱动性能和振动特性.     

修改变温热源热声发动机驱动制冷机性能

为提高环路多级行波热声发动机驱动制冷机系统在变温热源条件下的热功转换性能,使用SAGE软件对不同加热温度的子系统进行解耦计算,分析了热源温度、回热器和谐振管结构尺寸等影响因素,然后根据计算结果对整机系统进行了结构优化。结果表明:优化后整机系统内部声场行波比例上升、部分谐振管中获得了更大声阻抗幅值,但谐振管尺寸的增加增大了声功损失面积;在整机吸热量和谐振管中声功损失量都增加的情形下,整机热声转换效率和相对卡诺效率略微下降,负载制冷机获得了更多声功。     

空调器室内机风道结构优化方案研究

本文对现有分体式空调器室内机流场的3种不同贯流风道的结构方案进行了数值模拟,分析结果如下:将原始方案蜗壳型线靠近叶轮一侧收缩,可显著减小偏心涡的大小;适当缩小蜗舌间隙和后蜗舌间隙,可减小后蜗舌处的回流区域大小。优化后的方案流场得到了明显改善,提升了整机风量,有利于改善风道的噪声性能。根据各仿真优化方案,制作样机进行试验验证。试验结果表明:优化方案2在相同转速下比原机风量提升了89 m~3/h,相同风量下的整机噪声较原机降低了1.6 dB(A)。目前,该风道方案已形成系列化产品。     

基于元结构的螺杆转子磨床床身动静态特性分析与优化

摘 要：螺杆转子磨床床身是关键的承载大件,其动静态性能的好坏将直接影响整机的加工精度和稳定性。为实现床身的快速动态优化设计,首先基于元结构理论,使用ANSYS软件仿真分析了床身筋格元结构各主要参数对其动态特性的影响。在此基础上,以提高床身低阶模态固有频率和降低床身重量为目标,对床身的结构参数进行优化,同时通过静力分析验证了优化方案的可行性。优化后,床身低阶固有频率得到了较大幅度的提高,其中一阶固有频率提高了22.3%,床身的重量下降了8.39%,同时静刚度也有明显提高,改善了床身的动静态特性,节约了制造成本。该方法对其他类似关键零部件的动态优化设计具有一定的借鉴意义。     

柴油机运动机构综合强度动态分析

以计算多体动力学理论为指导,考虑到机构组件间的耦合因素,在柴油机整机实体建模的基础上建立了运动机构的刚柔混合多体动力学模型以及曲轴振动分析模型;并通过转速波动实验和振动烈度实验验证了模型的正确性。在此基础上分析了组件的动态强度,并利用有限元方法进行对比验证,结果表明了多体动力学方法应用柴油机运动机构强度校核的可靠性与准确性;另外通过曲轴振动分析模型对曲轴进行振动耦合分析。整个分析过程提供了一种柴油机运动机构组件强度校核、结构优化以及故障分析时简单可靠可行的方法。     

头戴式耳机跌落冲击的仿真分析与实验

目的对跌落测试中的破坏风险进行预测和改进,从而提升设计效率。方法基于Abaqus,对头戴式耳机进行整机跌落仿真分析,对其在规定高度下撞击地面的整机结构耐冲击性进行研究,考虑到材料的非线性和应变率效应,采用质量缩放、应力包络图等技术来提升仿真效率,并将高速摄影下的实际跌落过程与仿真结果进行对比。结果数值仿真预测了产品在跌落过程中的破坏风险,并对优化后的设计进行了验证,与实验结果高度吻合。结论在头戴式耳机一类消费电子产品的设计中,合理利用数值仿真,可有效缩短产品研发周期,降低研发成本,提升产品质量,从而提高产品的市场竞争力。     

北美变速空调器SEER测试方法分析和实验研究

美国ARI210／240标准中,变速空调器季节能效比（SEER）的评估需要进行7个工况的测试。本文从这7个测试工况人手,首先对其进行理论分析,并提出一些提高整机SEER的测试方法,最后通过实验验证这些方法。实验研究表明,不同工况下的能效比（EER）变化对整机SEER的影响是不同的,通过优化能够大幅度提升整机的SEER值。该研究对于北美变速空调器的开发具有一定的参考价值。     

基于SW的整机凸轮连杆CAD系统开发

目的 基于SW二次开发,为食品包装设备开发专用的整机凸轮连杆机构设计分析系统;利用SW为整机执行件运动的稳定性和不干涉性提供一种直观的评估方法.方法 根据执行件的运动形式和凸轮连杆机构的结构形式,基于SW 3D建模软件,利用VS作为开发工具搭建C++开发环境,从而构建整机凸轮连杆CAD系统.将整机执行件作为研究对象,利用ADAMS和Ansys进行刚柔耦合仿真分析.研究主受力杆件和细长杆件柔性化对整机执行件稳定性和不干涉性的影响,从而验证此系统设计整机凸轮连杆机构的合理性.结果 在高速条件下,对整机凸轮连杆机构进行刚柔耦合仿真,其结果符合动作时序设计要求.上冲执行件位移最大偏差率为0.08％,速度最大偏差率为0.05％,加速度与理论设计基本相符,因此具有较好的稳定性和不干涉性.结论 刚柔耦合仿真结果能正确地反映整机执行件运动过程的稳定性和不干涉性,从而验证了此系统设计整机凸轮连杆机构的合理性.     

一种航空发动机整机振动模型支承刚度的辨识方法

提出了一种航空发动机整机振动模型支承刚度识别的方法。首先,建立航空发动机整机动力学模型,将支承刚度和安装节刚度视为待优化的连接刚度,然后通过有限元仿真计算,得到在不同连接刚度下各阶整机固有频率。以支持向量机构造从各支承刚度到各阶固有频率的回归函数。接下来,采用遗传算法进行目标优化,以整机真实固有频率(可通过模态试验获取)为基础,建立遗传算法适应度函数,利用实数编码,最终识别得到整机各处连接刚度。以带机匣的航空发动机转子试验器为算例进行方法验证,根据整机模态试验结果,进行了支承刚度和安装节刚度识别,结果表明了该方法的有效性。     

基于 ADAMS 的模切机双肘杆机构优化设计研究

利用MSC.ADAMS对模切机双肘杆机构进行了参数化建模,通过建立双肘杆机构优化目标函数,实现了双肘杆机构的结构尺寸参数化优化分析,并进行了相关的运动学、动力学仿真。优化结果表明,减小动平台与水平方向的震动偏角和在水平方向的位移,将大大提高模切速度、精度和整机的稳定性。