循环对称结构静力学渐进拓扑优化设计

采用双向渐进结构优化方法(BESO)研究循环对称结构拓扑优化设计问题.循环对称结构的几何特征无法划分为均匀一致的网格,造成单元灵敏度计算结果与单元体积直接相关,不同网格剖分后的单元体积分布将导致渐进优化过程中不同的单元去除顺序,最终使得优化结果具有单元体积依赖性.针对循环对称结构的特殊性,提出灵敏度密度新概念与消除非等体积单元棋盘格现象的体积加权灵敏度密度过滤新方法,大量算例表明这是一种有效的方法,同时优化结果也充分显示子结构单胞尺寸效应对优化构型的显著影响.     

结构渐进拓扑优化的斗轮轮体结构优化

以大型有限元通用软件ANSYS作为平台,将一种基于应变能密度的结构拓扑优化方法用于散装物料堆取设备一斗轮机的斗轮轮体结构的拓扑优化,并在其中采用灵敏度再分配算法抑制棋盘格的产生.结果表明,该方法可用于工程实际,运用单元属性改变(EPCM)技术进行基于渐进结构优化(ESO)的结构拓扑优化有很大的灵活性和实用性.     

基于宽容分层序列法的机载控制台拓扑优化设计

基于拓扑优化的宽容分层序列法理论,在Hyper Work软件平台对机载控制台下台体进行概念设计阶段的拓扑优化。以下台体刚度最大为优化目标,以单元密度为设计变量,体积分数为约束条件进行拓扑优化获得初步结果,然后增加设计宽容值重新建立拓扑优化设计空间,并以下台体第1阶频率为优化目标,以体积分数和频率响应位移作为约束条件进行第2次拓扑优化。经过多目标拓扑优化所得模型,材料密度分布均匀,拓扑结构清晰。局部调整拓扑优化布局结果并采用参数化建模技术获得控制台台架的概念设计模型,为后续机载控制台的结构灵敏度分析提供依据。     

多位移约束下渐进结构拓扑优化设计

渐进结构优化方法通用性好,程序实现简单,能获得一系列黑白分布的优化拓扑,但它难于求解多约束拓扑优化问题。为了将渐进结构优化方法拓展到求解多约束拓扑优化问题,针对多位移约束下结构体积最小的结构拓扑优化问题,采用有理分式材料模型,建立刚度与拓扑变量的关系;构建求解多约束拉格朗日乘子的近似优化问题模型和其光滑对偶算法;而后,给出单元灵敏度数计算公式和渐进结构优化算法;最后给出了两个验证算例,所得结果验证了该方法的正确性和有效性。     

基于单元应力选择的BESO算法及其应用研究

针对变密度法和渐进结构优化法的缺点,提出了一种基于单元应力选择的双向渐进结构优化法。利用APDL语言对ANSYS单元的删除和添加功能进行二次开发,通过删除和添加单元,得到满足目标体积的拓扑结构,在此基础上,按照应变能水平高低,在保证体积不变的前提下,进一步恢复和删除单元,得到最优的拓扑结构。该方法综合考虑了结构体积的变化和单元的应力水平,避免了经验计算和振荡现象,有效提高了优化质量和计算效率。文中给出了算法的基本原理和步骤,并以TBT-ML500深孔钻床刀杆箱为研究对象,对其进行了拓扑优化和重构设计。结果表明,优化后刀杆箱的应力和变形量均降低,同时整体质量减少了9.26%,实现了刀杆箱的刚度最大化,同时也验证了该算法的有效性。     

基于BESO算法的城市轨道车轮拓扑优化

城市轨道车轮的结构优化大多集中于参数优化,设计空间普遍有一定的局限性。以降低城市轨道车轮辐板处的结构应力为目标,利用双向渐进结构优化算法对直辐板车轮进行拓扑优化建模,提出一种新颖的城市轨道车轮辐板结构。重点针对城市轨道车轮受力最恶劣的曲线工况,对直辐板车轮的设计域进行2D拓扑设计,在满足体积约束条件下,通过对删除率、进化率、增加率进行设定,使体积比经过反复振荡从而达到较好的性能优化指标,提高了城市轨道车轮的应力性能,获得了城市轨道车轮的优秀拓扑结构。通过与成熟有限元软件计算结果对比,优化后的静强度和疲劳强度均满足要求,证明了双向渐进结构优化算法的有效性和可靠性。研究结果表明,双向渐进结构优化算法对城市轨道车轮的优化设计是适用的;优化车轮的辐板形式由直辐板进化为曲辐板,且单元向中间圆弧处靠拢,辐板具有不等厚特征;在不增加车轮重量的前提下,优化车轮在辐板处的最大结构应力降低了17%。所做工作对城市轨道车轮结构应力性能的提升具有重要的参考价值。     

基于单元材料属性更改的结构渐进拓扑优化方法

提出了一种基于单元材料特性更改的结构渐进拓扑优化方法,通过定义设计区域内单元的存在状态为设计变量,以结构的材料用量为约束条件,实现了线弹性结构拓扑优化设计。该方法采用承载能力很弱的各向同性实体单元(弹性模量和密度均很小)代替结构实体单元,实现单元的拓扑变化,即单元的删除是将实体单元改变为弹性模量和密度很小的单元。单元删除取决于由灵敏度分析得到的每个单元对结构性能的贡献。同时结合了灵敏度再分配技术控制棋盘格式,使各单元对结构性能的贡献或影响因子实现平滑过渡。算例表明,本文的单元材料特性更改的结构渐近拓扑优化方法与灵敏度再分配棋盘格式控制技术相结合的方法,可以得到边界清晰、结构合理的拓扑优化构形。     

销齿传动式斗轮机构轮体结构的受力分析与优化

销轮销齿传动是斗轮堆取料机斗轮机构常用的驱动方式之一,具有结构简单、造价低、拆修方便等优点,但部分斗轮机构的轮体在使用过程中出现刚性不足、变形较大、振动剧烈等问题,文中应用有限元软件ALGOR对销轮销齿传动的斗轮机构的轮体结构进行建模和力学分析,并提出优化改进方案。     

斗轮堆取料机斗轮体结构分析与优化设计

为实现斗轮堆取料机斗轮体的轻量化,利用ANSYS参数化设计语言APDL建立某型斗轮堆取料机斗轮体的参数化模型并进行有限元分析。在有限元分析的基础上,以满足最大Von Mises应力为约束条件,建立以斗轮体的总体积最小为目标函数的优化模型,对斗轮体的结构尺寸进行优化设计。通过优化设计,可使斗轮体的总质量减少6.54%,实现了斗轮体轻量化的设计目标,也显著缩短了斗轮体的设计周期,提高了产品设计的效率,为斗轮堆取料机的结构分析和优化设计提供了新思路和新方法。     

多层渐进黑白拓扑优化设计方法

提出一种多层渐进黑白(0-1)拓扑优化设计方法。采用SIMP方法松弛设计变量,利用灵敏度过滤消除棋盘格。将拓扑图中无效的中间单元看成多余材料,在此基础上,采用体积比多层延拓方案,逐步逼近优化问题的目标体积比,同时,利用基于相对密度的单元渐进筛选方法,分层地去除设计域中的无效材料,保留其中的最有效材料,并逐层缩小拓扑优化模型的可利用材料域。通过这种方式,使0-1拓扑设计转化为具有连续设计变量的多层渐进拓扑优化过程,从而最终得到满足目标体积比的黑白拓扑。最后,以柔性最小化及柔顺机构拓扑设计问题为例,进行了算法验证,结果表明该算法能够实现较好的0-1收敛效果。     

斜齿轮代替蜗轮的应用

在机修中,有时需要更换蜗轮,若无现成刀具或切向刀架时,可用斜齿轮来代替蜗轮。 斜齿轮与蜗轮不同,斜齿轮一般以法向参数（法向模数ｍｎ、法向压力角αｎ）为标准值,其啮合蜗杆的线型为法向直廓蜗杆的延伸渐开线,而蜗轮是以端面参数（端面模数ｍｔ、端面压力角αｔ）为标准值,其啮合蜗杆的线型为阿基米德螺旋线（也有延伸渐开线或渐开线）。用斜齿轮代替蜗轮时,要设法解决这一矛盾。根据蜗杆导程角大小不同,可用不同的方法处理。 当蜗杆导程角γ不大,精度要求又不高时,可取蜗轮的端面模数作为斜齿轮的法向模数,用齿轮滚刀加工。…     

金刚石滚轮在砂轮修整中的应用

金刚石滚轮是一种新兴的砂轮修整工具，与单颗粒金钢石笔相比，其修整时间短，可修整出各种复杂型面。介绍了金刚石滚轮修整器的特点，应用及注意事项。     

轮边液压混合动力车车轮同步性分析

轮边液压混合动力车的车轮同步性分析对车辆的转向性能和平稳性有十分重要的意义,通过不同的驱动方案对两轮驱动和四轮驱动进行理论分析,得出控制车轮同步性的控制策略,用AMESim对其进行仿真。结果表明只要排量比大于负载比就可实现车轮的同步运动,通过改变排量比能使车轮适应更加复杂的工况。     

基于轮轨法向间隙的车轮踏面优化方法

为了寻求基于目标的铁路车辆车轮踏面数值优化技术,开发一种考虑轮轨法向间隙参数的车轮踏面优化方法。利用该方法优化我国高速列车车轮LMa型面。并发现优化后的LMa车轮和CHN60钢轨滚动接触接触时,轮轨界面之间具有较好的“共形”特性,这样能有效降低轮轨接触应力以达到降低滚动接触疲劳目的。并用车辆轨道耦合动力学理论分析优化的车轮型面对车辆动态特性的影响。数值结果表明,在不降低车辆动力学性能的情况下,此方法可以有效改善轮轨接触点对分布,降低轮轨接触应力。     

轮轴弯曲刚度对轮轨垂向动态载荷影响分析

以国内某型地铁车辆为例,研究轮轴弯曲刚度对轮轨垂向动态载荷和轮对垂向振动的影响。在常规多刚体动力学模型的基础上,结合BM3000轮对和北京地铁轮对两种不同的弹性轮对模型,对比分别采用刚性轮对模型和弹性轮对模型时的轮对垂向振动加速度和轮轨垂向力。结果表明,对BM3000弹性轮对模型来说,由于其弯曲刚度相对较小,随着运行速度的增大,轮对垂向振动加速度和轮轨力与刚性轮对的差距不断加大,而对于轮轴弯曲刚度较大的北京地铁轮对来说,其弹性轮对模型和刚性轮对模型的结果比较接近,在计算的速度下轮对的振动峰值及频率均有明显的降低。因而,通过加大轮轴弯曲刚度可明显改善轮对的垂向振动和轮轨垂向力,实现改善轮轨动态接触状态的目的。     

正兴车轮努力打造世界一流车轮企业

近年来,随着我国汽车保有量不断增加,交通运输业飞速发展,国家也不断加大对超限、超载运输的治理力度,尤其是今年7月1日《公路安全保护条例》正式实施后,许多省份都实行了标载运输,使超限、超载装运现象得到进一步遏制。但与此同时也难以避免地加重了物流运输成     

Effect of Wheel Load on Wheel Vibration and Sound Radiation

The current researches of wheel vibration and sound radiation mainly focus on the low noise damped wheel. Compared with the traditional research, the relationship between the sound and wheel/rail contact is difficulty and worth studying. However, there are few studies on the effect of wheel load on wheel vibration and sound radiation. In this paper, laboratory test carried out in a semi-anechoic room investigates the effect of wheel load on wheel natural frequencies, damping ratios, wheel vibration and its sound radiation. The laboratory test results show that the vibration of the wheel and total sound radiation decrease significantly with the increase of the wheel load from 0 t to 1 t. The sound energy level of the wheel decreases by 3.7 d B. When the wheel load exceeds 1 t, the attenuation trend of the vibration and sound radiation of the wheel becomes slow. And the increase of the wheel load causes the growth of the wheel natural frequencies and the mode damping ratios. Based on the finite element method(FEM) and boundary element method(BEM), a rolling noise prediction model is developed to calculate the influence of wheel load on the wheel vibration and sound radiation. In the calculation, the used wheel/rail excitation is the measured wheel/rail roughness. The calculated results show that the sound power level of the wheel decreases by about 0.4 dB when the wheel load increases by 0.5 t. The sound radiation of the wheel decreases slowly with wheel load increase, and this conclusion is verified by the field test. This research systematically studies the effect of wheel load on wheel vibration and sound radiation, gives the relationship between the sound and wheel/rail contact and analyzes the reasons, therefore, it provides a reference for further research.     

修整单滚道砂轮用滚轮

提出了开发高精度、高耐用度修整单滚道砂轮用滚轮的方法 ,在实验的基础上得出了可行性结论。     

重载货车车轮踏面制动辐板热应力分析

采用大轴重货车是解决我国铁路货运能力不足的主要途径之一,然而提高轴重意味着车轮踏面所受的制动热负载将会增大,这可能导致大轴重货车车轮辐板热损伤加剧。因此,有必要通过对不同轴重车轮热应力的对比分析,揭示轴重大小对车轮辐板损伤的影响规律,为制定大轴重货车运行和制动条件提供支持。提出研究此问题的新思路,采用热弹塑性有限单元法,模拟在热处理工艺过程中车轮辐板残余应力分布状况,使得车轮存在仿真制动工况所需的初始残余应力。对重载运煤专线—大秦线全程循环制动进行模拟,计算得到车轮制动功率—时间历程,仿真在此工况下30 t重载货车车轮辐板的温度场和热应力场的分布状况。计算比较21 t、25 t和30 t轴重货车车轮在大秦线全程循环制动中热应力和制动完全结束后的残余应力的变化规律。结果表明,车轮在热处理后,车轮辐板残余应力是不可忽视的。随着轴重的增大,车轮辐板将承受更大的热应力和残余应力。     

基于通用金刚轮的蜗杆砂轮修整方法与试验

用展成方法磨削修形圆柱齿轮时,通常采用专用的金刚轮对蜗杆砂轮的齿廓进行修整,齿轮修形参数不同,所采用的金刚轮也不同。采用一种外圆带圆弧的通用金刚轮作为修整刀具,可对不同齿廓参数的蜗杆砂轮进行修整,并对金刚轮的修整轨迹进行了规划。在VERICUT中建立了蜗杆砂轮的修整机床模型,对蜗杆砂轮的修整过程进行了仿真加工。最后进行了修形齿轮的磨削加工试验,通过对加工后的齿轮齿面的测量,验证了蜗杆砂轮修整方法的正确性和可行性。