基于SolidWorks的桥式起重机主梁三维设计分析

本文以80t/20t桥式起重机为研究对象,采用三维建模设计软件SolidWorks对桥式起重机主梁结构进行了应力分布分析和位移分布分析。结果表明,主梁腹板截面突变处存在严重应力集中,降低了桥式起重机的承载力,所以在设计桥式起重机时,应该对主梁的设计进行严格计算和受力分析,在主梁腹板内合理布置一定规格垂直的筋板和角钢,从而增强主梁的稳定性。     

轨道车辆型材结构搅拌摩擦焊残余状态研究

目的 研究轨道车辆中典型的箱型和V筋结构型材搅拌摩擦焊残余状态。方法 采用顺序热力耦合方法进行了搅拌摩擦焊残余应力及变形的仿真研究。结果 给出了上下壁板焊缝区域的残余应力大小及分布规律,阐述了两种结构的横向和纵向残余变形特征。对V筋结构型材,分析了不同筋板角度对焊接残余状态的影响。结论 残余应力方面,主要表现为纵向残余应力,上下壁板两条焊缝的残余应力峰值相近,高应力分布区域宽度差别较大。残余变形方面,箱型结构呈马鞍形,V筋型材呈下凹形。V筋型材筋板夹角的变化对残余应力没有显著影响。筋板角度增大,纵向残余变形减小而横向残余变形增大。     

结构对变形镁合金减振性能的影响

采用有限元模拟对不同筋板布置方式的AZ31镁合金型材进行了瞬时动态数值模拟,并通过激励响应特性对AZ31镁合金型材的减振效果进行评估。结果表明:相同激励下,三角形筋板布置的镁合金型材减振性能优于其他形状筋板布置的型材,其中矩形筋板布置的镁合金型材减振性能最差。而后对模拟结论进行实验验证,实验结论与模拟相一致。最后,结合实验结果,对矩形筋板的布置方式提出优化改进方案,通过进一步的模拟计算发现型材整体变形、受力等都得到有效改善。     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁抗剪性能研究

外包U形钢-混凝土组合梁具有承载力高、延性好等优势,其施工工艺也顺应了目前建筑结构装配式发展的趋势。该文采用与钢腹板一体的嵌入式抗剪连接件,设计了9个腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUSCB)的剪切性能试验,考虑了剪跨比、混凝土翼板宽度、连接件间距及倾角、底部纵筋直径、栓钉和箍筋设置、U形钢腹板高厚比等参数的影响,分析并总结了各试件的破坏模式,基于剪力-跨中挠度曲线对比分析了各试件的承载力和延性等抗剪性能指标,基于剪跨区U形钢腹板等效应力的分布形式研究了剪力传递机理。采用ABAQUS有限元分析软件,针对WUSCB试件建立了有限元模型,进行了剪跨比、混凝土翼缘板宽度、腹板高厚比和底部纵筋配筋率四个参数的影响规律分析。基于试验结果和有限元参数分析结果,提出了WUSCB的抗剪设计方法,该方法考虑了混凝土、U形钢腹板和底部纵筋销栓作用对抗剪承载力的贡献,能较准确地预测WUSCB的抗剪承载力。     

激光拼焊板拉延成形焊缝移动优化控制

针对不同材料种类、厚度、强度、镀层焊接的拼焊板存在的成形问题,采用有限元仿真技术准确预测了拼焊板拉延成形工序的金属流动,在此基础上开展了拉深筋优化工艺研究.研究结果表明:由于纵梁前端和后端变形不均匀,拼焊板焊缝在拉延过程中随着拉深筋设置的不同产生不同的流向;当纵梁后端两侧拉延筋阻力系数分别设置为0.35和0.15时,零件内部焊缝移动量最小,更有利于拼焊板的成形质量控制.     

基于试验设计与有限元仿真的辐射井水平钻机承载部件优化设计

为了提升辐射井水平钻机承载部件的安全性与稳定性，运用试验设计（design of experiment，DOE）与有限元仿真技术对承载部件进行优化设计。通过正交试验法结合ANSYS Workbench有限元静力学仿真对由回转平台、立支架及横支架组成的承载系统的加强筋板布置形式进行优化设计，获得承载系统加强筋板的最优布局类型。在此基础上，运用基于试验设计的响应面优化法对回转平台的台面厚度、筋板高度及筋板厚度进行优化设计，进一步减小回转平台的最大等效应力、最大变形及质量，提升承载系统的安全性与稳定性。结果表明承载系统加强筋板的最优布局类型为：回转平台采用纵横筋板，立支架采用X形筋板，横支架采用V形筋板；回转平台的最优参数组合为：台面厚度为11.2 mm，筋板高度为31.9 mm，筋板厚度为12.3 mm。集成运用试验设计与有限元仿真技术对水平钻机承载部件进行优化设计的方法可为水平钻机实体样机设计提供一定的参考。     

多面壳体胀球时焊接接头变形的数值模拟和试验研究

用弹塑性有限元法模拟了多面壳体胀球时焊接头变形过程，并且云纹法和网络法对有限元结果进行了试验证。研究结果表明：胀形时内侧焊缝首先进入屈服，内侧应变大于外侧应变。板越厚，初始两面角越小，内侧焊趾应变越大，内外侧应变差越大。焊缝金属屈服强度低于母材，有利于缓和热影响区的变形，有利于棱角展平。     

钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点抗倒塌能力研究

该文基于ABAQUS/Implicit建立了钢管混凝土柱-H形钢梁栓焊混合节点抗连续倒塌数值模型。为提高该类节点的抗倒塌承载力,采用了波纹腹板H形钢梁和下翼缘加腋构造。分析该类节点在竖向荷载作用下的破坏特征和失效机理,并考虑波纹腹板的“折叠效应”对节点抗倒塌能力的影响。研究结果表明,钢管混凝土柱-平腹板H形钢梁节点(J-WB-O)的破坏出现在环板和钢梁连接位置,而钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁加腋节点(J-CW-AP)的破坏远离环板与钢梁连接位置,延缓了钢梁下翼缘断裂;此外,J-WB-O节点钢梁全截面提供倒塌抗力,而J-CW-AP节点在加载初期波纹腹板几乎不提供倒塌抗力,当下翼缘断裂后波纹腹板开始受力,并且随着裂缝的向上延伸波纹腹板截面依次呈现受拉状态,表现为波纹腹板波纹逐渐拉开的过程即为“折叠效应”,延缓了腹板开裂和局部屈曲。对比普通栓焊混合节点J-WB-O,波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点J-CW-AP的极限承载力与延性分别提高了67.2%和62.3%。基于抗力机制分析,给出了钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点抗倒塌承载力简化计算公式。     

腹板开洞的工形截面拱的平面内特征值屈曲性能

用有限元模型分析了受径向均布荷载的腹板开洞的工形截面圆弧拱的平面内特征值屈曲性能。选用板壳单元构建了有限元模型,得出了较准确的特征值屈曲荷载和屈曲模态,获得了三种典型的特征值屈曲模态;通过选用一种代表开洞拱效率的特征值屈曲荷载参数,研究了腹板孔洞的半径和间距的优化尺寸。通过一系列拱的数值分析,给出了拱的矢跨比、长细比、孔洞的半径和间距对特征值屈曲荷载的影响,并把这些参数的影响归结为两个参数k和α,给出了这种腹板开洞拱的特征值屈曲荷载的简化计算公式。     

机械挤压矫正焊接变形的模拟与试验研究

利用自制的夹具对机械挤压矫正薄板焊接变形的效果进行了试验研究.采用有限元分析方法对常规焊件和机械挤压焊件的应力应变场及残余变形进行了模拟.试验和模拟结果均表明,对焊件施加平行于焊缝方向的纵向挤压力能够有效矫正薄板焊件的失稳变形.在适当的挤压力下,在远离焊缝的区域产生了纵向压缩塑性应变,而焊缝区由焊接过程导致的塑性应变值没有发生变化.机械挤压法能够降低薄板焊件焊缝区的纵向拉应力水平是其能够矫正焊接失稳变形的原因.     

Design of automatic rectification effector for deformation of crane girder web北大核心CSCD

When the bottom plate and the II-beam are assembled in the crane major beam production line, the manual rectification process will produce scars on the girder web that need additional polishing operation. In order to improve the condition and cooperate with the robot to deal with the tack weld, the method of magnetic adsorption was used to realize the automatic rectification for the girder web deformation. Firstly, the deformation of the girder web was measured, and the deformation curves were fitted. All deformations were concave, and the max value was 24 mm. Secondly, the effect of the layout of the magnet was analyzed by the finite element method. Under the same magnetic adsorption stress and the same magnet layout, the larger the span between the big rib plates were, the better the rectification effect became. And under the same span between the big rib plates, the small initial deformation was beneficial to rectify. To all grid space, the nearer the distance from the lower edge of the girder web was, the better the rectification effect became. The horizontal layout was beneficial to rectify as compared with the vertical layout to the same magnet (the ratio of the length and the width was greater than 1). Finally, the physical prototype of automatic rectification effector was developed, which consisted adsorption unit, push-pull unit, structure unit, sensing unit and control unit, and the field testing was carried out. And the results of the testing were satisfied with the accuracy requirement(±2 mm) of the rectification process. Moreover, the results of the testing also verified the conclusion of the finite element analysis. As a conclusion, the development of the automatic rectification effector realizes the identification of the deformation of the girder web and the temporary establishment with the girder web, the force perception in the rectification process and the control to the rectification motion. The device realizes the automatic rectification of the web deformation before the robot positioning welding, which is of great significance to optimization of welding technology of the previous process.     

轮腿式爬壁机器人的永磁吸附装置设计与优化

目前,我国石油化工储罐的除锈、喷漆和检测等维护作业通常采用人工方式完成,工作效率低且具有危险性.爬壁机器人能够代替人工完成上述维护工作,但其常采用的接触式永磁吸附方式会影响其越障作业.为此,针对具有越障能力的轮腿式爬壁机器人,提出一种提高其永磁吸附装置吸附能力的设计与优化方法.首先,基于轮腿式爬壁机器人的越障原理以及永...     

焊接变位机构方案设计及反转机理与定位分析

针对大型立式全自动包装机小车架焊接的工作需要,对焊接变位机构方案进行了分析,研究了其在全自动包装机中的反转机理,并进行了焊接变位机构的定位分析,实现了大型立式全自动包装机作业中,稳定、安全和精确的焊接变位,取得了较好的生产效果。     

船用高强钢薄板焊接成形研究

探究了不同焊接工艺对3 mm船用高强钢薄板焊接成形质量的影响.结果表明:3 mm对接试板经不同方法焊接后均呈马鞍形变化.焊条电弧焊和手工气保焊焊接的试板变形严重,且两者变形量和残余应力基本相当,药芯焊丝CMT(cold metal transfer)自动焊接试板的焊缝内部存在夹渣缺陷.利用实心焊丝CMT自动焊接试板的焊缝均匀、内部无缺陷,焊缝中心残余应力明显降低,其变形量平均值比焊条电弧焊减小37.8%,且线能量仅为焊条电弧焊的22.4%.焊接试板变形量与其线能量大小的变化趋势一致.     

波形钢腹板梁变形计算的有效刚度法

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板梁受力行为的影响,引入腹板剪切变形转角函数,将波形钢腹板梁的弯曲行为分解为桁架作用和弯曲作用,建立一个能够考虑波形钢腹板剪切变形的波形钢腹板梁理论模型,推导了简支和悬臂波形钢腹板梁在不同类型荷载作用下的变形解析解,采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。根据变形等效原理,引入重要影响参数对波形钢腹板梁的变形解析解进行简化,提出了考虑腹板剪切行为的波形钢腹板梁变形简化计算方法——有效刚度法。用该文提出的有效刚度法计算波形钢腹板梁在正常使用极限状态下的变形值和试验结果吻合良好,为波形钢腹板梁在正常使用极限状态下的挠度计算提供一种准确性较高的简化计算方法。     

苏通大桥钢箱梁吊装专用设备研究与应用

苏通大桥为主跨1 088 m的钢箱梁斜拉桥,钢箱梁分为5部分:辅助跨、边跨及索塔区大块梁段,悬拼标准梁段,边、中跨合龙梁段.大块梁段在工厂组拼,用大型浮吊安装.由于通航净空高,传统桁架结构吊具难以满足国内现有浮吊吊高与吊重要求,所以提出苏通大桥超大、超重钢箱梁节段轻型吊索具结构,并介绍了吊索具设计与使用要点.标准梁段采用桥面吊机悬臂安装.由于主粱节段宽且重,加上桥区恶劣的气象和水文条件,以及斜拉索长索梁端牵引需要,对桥面吊机结构和性能提出了较高要求.介绍了苏通大桥集梁段吊装和拉索安装功能为一体的桥面吊机设计与使用要点.     

薄板焊接变形中频感应矫正技术

目前针对船舶上层建筑中的薄板焊接变形矫正主要采用火焰矫正法,但此种方法效率低、操作安全性差,且难以实现自动化.为了更好地实现薄钢板焊接变形感应热矫正的自动化控制,提高矫正过程的精度,本文采用COMSOL Multiphysics仿真软件对尺寸参数为1 000 mm×600 mm×6 mm的薄钢板进行多物理场非线性耦合模拟,采用数值仿真分析方法分析了感应热矫正中温度场分布及应力变形规律,探究电参数对温度场及矫正效果的影响,同时进行了船用薄钢板中频感应矫正试验.结果表明:线圈电流频率及电流强度的增加可以有效提高薄板温升速率,改善热矫正效果.综合考虑操作安全性、感应电源负载等因素,制定了薄板焊接变形感应热矫正的电参数选择方案:当电流强度为110~120 A,电流频率为7 kHz时,可以得到较好的加热与矫正效果。     

一种重载码垛机器人结构优化设计方法

码垛机器人常用于焊接、喷涂、上下料、装配和码垛等工艺,可以提高劳动生产率和保证产品质量。针对现有的重载码垛机器人,使用D-H法构建其运动学方程并利用MATLAB解算其工作空间。联合使用ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析）和ANSYS Workbench,分别对重载码垛机器人零部件和整机进行瞬态动力学仿真,得到机器人各零部件所受的应力、应变以及机器人末端变形量等,并将其与试验数据对比,以验证仿真方法的可靠性和准确性。结合响应面法和拓扑法对重载码垛机器人结构进行联合优化,获得其结构的轻量化设计方法。研究表明该方法适用于各类关节型机器人的轻量化设计,可进一步降低机器人的材料、电机和减速器的成本。     

设置横向加劲肋的正六边形孔蜂窝钢梁滞回性能研究

为避免蜂窝构件腹板局部屈曲造成结构失效问题,设置横向加劲肋对正六边形孔蜂窝钢梁滞回性能影响应重点研究。该文采用试验和有限元分析方法,研究在往复荷载作用下蜂窝钢梁的破坏模式、局部稳定和滞回性能。试验试件为2根孔间墩板均设置横向加劲肋且开孔率相同但腹板高厚比不同的蜂窝钢梁,并与参数相同的2根无加劲肋蜂窝钢梁相对比。结果表明,在低周往复荷载作用下,孔间墩板均设置横向加劲肋的试件,墩板受到横向加劲肋平面外约束从而减小腹板局部屈曲的影响,破坏主要发生在孔角位置,与无加劲肋的蜂窝钢梁试件相比,设置横向加劲肋试件的滞回性能明显提高。通过分析可知,横向加劲肋布置位置不同,蜂窝梁的破坏形态发生改变,对其滞回性能有较大影响,合理的加劲肋布置位置可有效提高蜂窝钢梁的滞回性能。     

Industrial robot layout based on operation sequence optimisation

The robot layout is one of the primary problems in the robot work cell design. An optimal layout not only makes the robotic end-effector reach the desired position with the desired orientation, but also minimises the robot cycle time for completing a given task with collision avoidance. There may be many feasible robot operation sequences for a given task. The optimisation of operation sequence for a robot placed in a fixed location is NP-complete. There may be different optimal operation sequences as the robot is placed in the different locations. Hence the problem of robot layout is quite complex. This paper presents a method of industrial robot layout based on operation sequence optimisation. The robot motion control model with velocity, acceleration and jerk is established. The feasible space of robot base is calculated and then divided into discrete grids before the optimisations. Then the ant colony algorithm is applied to optimise the operation sequence for each grid. The adjacent grids are merged or divided enough times to form the bigger grids. The pattern search algorithm is adopted to solve the local optimal position and orientation of the robot base in each big grid, and the global optimal layout is found through the comparison of the local solutions. The industrial robot layout method has been applied to the work cell design for car door welding.