基于子结构RESOLVE扩展方法的三维焊接残余应力数值模拟

针对三维焊接残余应力与变形数值模拟过程所需的计算时间、所需磁盘空间及精度问题,本文先计算焊接动态温度场,再运用子结构技术进行弹塑性分析,计算三维焊接残余应力。介绍了子结构理论模型及适用条件,以T形角接试件为例,基于ANSYS12.0分别建立全结构模型与子结构模型进行三维焊接残余应力数值模拟,并且在子结构模型中采用2种不同的扩展方法计算。结果表明,运用子结构技术直接扩展计算残余应力与变形可明显缩短计算时间与磁盘空间,并且通过合理选择子结构区和RESOLVE扩展方法可达到与全结构计算结果非常接近。     

基于动态子结构的三维焊接残余应力变形数值模拟

焊接残余应力和变形三维弹塑性有限元模拟由于是高度非线性的热力耦合过程而计算非常耗时.为提高计算效率,采用动态子结构方法来计算焊接残余应力和变形.考虑焊接过程中只有焊缝和热影响区的小部分区域在焊接热源作用下呈现高度非线性,而其余区域受热源的影响小,将整个模型的三维弹塑性计算问题处理为窄小的焊缝和热影响区为局部非线性弹塑性区,其余大部分非焊接区域作弹性子结构的计算问题;且随焊接热源的移动,子结构不断变化.结果表明,动态子结构方法能显著提高计算效率,并能保证焊缝和热影响区的残余应力分布与全模型计算结果接近.     

多轴机床快速有限元建模与随位动态特性预估

针对多轴机床随位动态特性难以高效求解的问题,提出一种快速有限元建模方法。该方法先根据结合部建模方案对机床进行子结构划分与前处理,再用弹簧-阻尼单元表征子结构间结合部的连接特性,最后通过局部坐标变换调节各子结构在机床中的位置与姿态,从而完成整机的参数化有限元建模。运用所提方法,建立了某型五轴动梁龙门立式车铣复合机床的参数化有限元模型。该模型仅需单次有限元前处理,即可快速预估机床工作全域内不同位姿下的结构动态特性。预估了该机床前5阶固有频率以及0~150 Hz频带内刀尖点频响函数在工作全域内的分布规律,为机床结构动力修改与加工参数优选提供了力学依据。     

子结构法在活塞结构优化中的应用

为了提升活塞结构优化设计的求解效率,首次将子结构法引入结构的优化设计中。以某增压柴油机活塞为研究对象,采用分离活塞内冷油腔的方式,建立了活塞的常规有限元模型和子结构有限元模型。通过子结构法与传统有限元法的对比分析显示:子结构法适用于活塞温度场分布分析、机械等效应力分析,云图分布基本一致,分析结果数值误差低于3%,满足工程计算要求。在活塞子结构法有限元分析验证成功的基础上,尝试该方法在结构优化设计中的应用,并取得较好的效果,优化迭代收敛时间减少74.14%。子结构法在结构优化设计中具有推广意义。     

动态子结构法在液压均衡系统特性分析中的应用

液压均衡系统是保证升船机提升钢丝绳受力均衡的关键部件，通过推导液压系统广义结构方程，提出利用动态子结构法求解液压子系统在升船机这一大型复杂结构中动态响应的计算方法，进行了综合分析，并给出算例。     

采用子结构与子模型结合方法的三维焊接应力变形数值模拟

针对大型焊接结构残余应力与变形中所需的计算速度和精度的问题,提出了运用子结构和子模型结合的技术求解三维焊接应力变形的有限元方法.文中分别阐述了子结构和子模型的理论模型,并以某5A06筒形焊接结构为例,具体分析了两者在焊接过程中的适用条件和范围,以及应用程序,并论述了该焊接结构的残余应力分布.结果表明,采用子结构和子模型结合的有限元技术在三维焊接应力与变形模拟中可以有效的提高计算效率,合理的选择子模型区域可以保证所需的计算精度要求.

Abstract：

For the computing time and accuracy in the numerical simulation on welding residual stresses and distortion of large structure, an effective finite element method with substructure and submodelling was developed in this paper. The theory models of substructure and submodelling were represented, both applied condition and range were analyzed to illustrate the residual stresses distribution according to an example of 5A06 aluminum alloy cylinder. It is concluded that the finite element method with substructure and submod-elling can save a lot of computing time in the simulation of welding residual stresses, and the accuracy can be guaranteed with an appropriate submodelling region.     

基于ANSYS的磨齿机立柱的静动态研究

建立磨齿机样机立柱的三维有限元模型,通过有限元软件对立柱进行静力和动态分析,得到样机立柱静动态特性.设计了几种筋板结构,比较不同筋板型式立柱的静动态性能,根据分析结果选择较理想的立柱结构,为磨齿机的进一步改进设计提供依据.     

支撑结构对五轴数控机床静动态性能的影响

利用PRO/E建立了原五轴数控机床的三维模型,给出了三种支撑方案,通过ANSYS软件建立有限元整机分析模型,进行静态分析;通过ADAMS软件,模拟机床加工,进行动态性能分析,研究三种不同支撑结构对其静、动态性能的影响,得出对支撑形式的改进可有效地提高五轴数控机床的加工精度.     

立式加工中心床身结构有限元分析与优化

应用Pro/engineer软件建立三维模型,通过对加工中心GSVM6540B主要支承部件床身的不同筋板布置方式进行Ansys有限元分析,比较不同筋板布置方案对床身静、动态特性的影响,提出结构优化方案。     

基于RCSA的多轴加工系统动态特性评估与分析

为了对多轴加工系统在主轴不同位姿时的动态特性进行定量评价和分析,基于子结构响应耦合法(RCSA)建立了机床刀具端动态特性的预测模型,采用锤击实验和有限元相结合的方法来获取主轴不同位姿时的频响函数。并从频响函数中提取动态特性评价指标。利用该方法对WHLG120x35车铣复合加工中心的综合动态特性进行了评估与分析,指出了其加工的薄弱环节,并通过加工稳定性lobe图进行了验证。     

基于3D打印与三维图像处理的服装信息提取方法研究

在形状基不定情况下,对三维服装信息提取过程存在特征关联较弱,分割区域扩大等问题.为此,提出一种基于3D打印与三维图像处理的服装信息提取方法.首先对采集的服装三维图像进行纹理特征分割,图像序列自适应块匹配方法进行信息增强处理,然后采用桌面型3D打印技术进行服装设计中的图像三维重构,进行服装三维图像表面渲染,实现服装信息提取.最后通过仿真实验进行性能测试,结果表明:采用该方法进行服装信息提取,能准确反映服装的纹理信息和三维渲染信息,服装设计的色彩均衡性较好,有效指导服装设计优化.     

自动气象站虚拟培训平台技术研究

针对自动气象站实训教学设备不足、可培训场景受限、设备故障重现难度高等问题,设计了一套以虚拟仿真技术为基础,以Unity3D引擎为工具的自动气象站虚拟培训平台。并对该平台的功能、架构以及开发流程中所涉及的关键技术进行了介绍。应用结果表明:该平台实现了自动气象站的培训、考核等一系列功能,对于提高气象站培训效果具有极高的推动作用。     

基于VRML的遥操作机器人三维建模与交互研究

VRML是能在Web网络上实现实时传输的三维虚拟建模技术.本文分析了机器人虚拟建模的方式及建模步骤;对VRML与外部环境交互的三种实现方式进行了分析比较;最后提出一种利用贴图实现的虚拟环境建模方法. 仿真效果表明该建模方式能更加逼近真实环境.     

Three dimensional numerical simulation of welding temperature fields in stainless steel

Three kinds of mathematical models representing welding heat sources are presented. Among them, Gaussian model and double eUipsoidal model are used to analyze the thermal distributions with finite element method. At the same time, this paper analyzed the influences of the heat source models, the latent heat and the welding parameters on the temperature distributions. The comparisons between the simulated results and the experiments show double eUipsoidal model is good for three-dimensional numerical simulations. Furthermore, the adaptive mesh technique is applied in the three-dimeusional model which greatly reduces the number of nodes and elements in the simulation.     

不锈钢焊接温度场的三维数值模拟

分别详细分析了焊接热源的三种计算模型即高斯热源模型、双椭圆高斯热源模型及双椭球热源模型的数学表达式与物理特点。利用三维有限元网格划分技术，对工件进行网格划分，并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成，为缩短焊接过程数值模拟时间创造了条件。在此基础上又对其中两种焊接热源模型所建立的温度场进行了计算，得到了不锈钢SUS310材料温度场的分布规律，研究了各种参数对温度场分布的影响，并与工艺试验结果进行了比较，提出了适合三维有限元分析的最佳焊接热源模型。     

基于Pro/FamilyTable十字轴类冷挤压件三维零件库的开发

介绍了Pro/E族表,以Pro/E软件为基础,通过利用三维零件实例和族表技术来实现十字轴类冷挤压件尺寸系列化以及三维零件库的开发.使零件库的建立更加简单化,大大提高设计效率,进而缩短了产品的开发周期.     

基于优化的金属打包机箱体可靠性分析

针对金属打包机箱体结构轻量化问题,对响应面优化后的打包机箱体进行可靠性分析,提出一种将响应面优化理论与可靠性分析相结合的新方法。采用中心复合设计方法拟合出响应面并通过参数灵敏度分析确定设计变量,在满足箱体的强度、刚度条件下,进行响应面优化,得出打包机箱体的最小质量;再以此为基础重新建立箱体三维模型,并根据打包机箱体的强度、刚度可靠性评价标准,获得优化后箱体结构的可靠度和六西格玛水平。结果表明:优化后的箱体质量减轻了9.11%,箱体的可靠度为97.50%,这不仅提高了箱体的强度和静刚度,还减轻了箱体质量,并保证了箱体的可靠性,为其他大型工程机械的设计提供了新思路。     

基于Pro/E的冲模标准模架库的建立

介绍了Pro/E族表,以Pro/E软件为基础,通过利用三维零件实例和族表技术来实现标准模架库的开发.使模架库的建立更加简单化,大大提高设计效率,进而缩短了产品的开发周期.     

钢丝绳-滑轮在风电叶片静力试验中的磨损规律及优化匹配研究

针对风电叶片静力加载试验过程中牵引支架滑轮与钢丝绳易出现过度磨损问题,采用虚拟样机模型与正交试验相结合的方法来研究钢丝绳-滑轮在风电叶片静力试验中的磨损规律,进一步完成对其参数的优化匹配。采用虚拟样机技术建立钢丝绳滑轮卷绕过程的动力学模型,模拟仿真得到滑轮表面接触应力;结合正交试验,选取滑轮D_1表面压应力作为试验指标,结合极差分析与方差分析对全部仿真试验的结果进行数据分析,表明滑轮槽底直径对滑轮表面磨损影响最为显著,进而筛选出钢丝绳滑轮的最优结构参数组合;对这组优化参数进行数值仿真,仿真结果表明:当滑轮直径为330 mm、滑轮槽底直径为31 mm、钢丝绳偏角为3°时得到滑轮表面应力为6.09 MPa,此时试验指标值最小,验证了正交试验结果的准确性,对之后整体牵引支架的优化设计具有指导意义。     

空间直线基元在双目立体视觉系统中重建方法的研究

在机器视觉的工程实践的很多场合中,以直线基元为基础的三维重建,不但会提高检测系统的效率、有利于实现在线检测,而且能够解决一些特定环境下三维重建的难题。为满足如此需求,对以直线为基元的三维重建进行分析与研究,按照立体视觉的物理意义,推导了直线三维重建的模型,并据此完成了实验系统搭建。实验研究表明,所构建的系统能够实现直线基元的三维重建,并具有较高的精度,可以满足工程实际应用的精度要求。