S型折叠悬臂梁应力仿真分析

针对目前S型折叠悬臂梁受外载作用时在转弯处容易发生变形、失效等问题,采用有限元法对悬臂梁转弯处的受力进行分析,推导出悬臂梁在外载荷的作用下不同位置的应力值。通过S型折叠悬臂梁本身材料的屈服应力、安全系数等参数,推算出悬臂梁在转弯处的许用载荷及屈服载荷。利用ANSYS 19.0有限元分析软件对S型折叠悬臂梁进行静态仿真验证,并将仿真出的结果与理论分析的结果进行对比验证,进一步验证理论计算的正确性。结果表明,计算载荷与仿真载荷相差2.1%,在误差允许的范围之内,说明该计算方法在S型折叠悬臂梁应用中可行。     

齿形弹性环刚度公式推导及验证

齿形弹性环是波纹环的一个变种,可以通过调节弹性环的设计参数调节刚度。文中通过简化弹性环的计算模型,依据刚度计算的基本原理,得出单齿的刚度计算公式,依据矢量合成原理,推导出整个齿形弹性环的刚度计算公式和简化计算公式。采用推导的刚度公式进行齿形弹性环设计,并使用实测法和有限元法验证了弹性环刚度两种计算公式的有效性。     

S型机械密封波纹管膜片组的计算刚度的研究

以DN100的S型波纹管膜片波形为研究背景,首先建立了由(5²5)组膜片组成的波纹管模型并进行了有限元分析,然后提取数值计算数据中的相关位移量和载荷条件详细分析了波纹管刚度与膜片组数之间的变化关系,最后用最小二乘法拟合建立了S型波纹管膜片的刚度计算公式。此外,另选DN55波纹管,用S型波纹管刚度计算公式法和有限元分析方法分别进行了刚度计算,通过对比分析计算结果,验证了提出的S型波纹管膜片的刚度计算公式的有效性,为波纹管刚度和强度设计提供了简化计算公式。     

高速角接触陶瓷球轴承径向刚度的分析计算

由于材料特性上的差异,直接用角接触球轴承径向刚度计算公式来计算混合陶瓷球轴承径向刚度会产生较大的误差,因此通过原公式计算值与实验值的对比,提出了混合陶瓷球轴承径向刚度的修正计算公式,并以GMN公司生产的某型号轴承为对象进行了验证,结果表明:修正值与实验值基本保持一致,误差不超过2%,从而提供了一种计算角接触陶瓷球轴承径向静刚度的简便方法.     

基于有限元法的齿轮时变啮合刚度计算方法研究

目前,齿轮时变啮合刚度计算大多参考ISO实验值进行公式简化,该方法不能准确反映不同齿数齿轮啮合刚度的综合特性。针对此问题,利用APDL语言建立渐开线直齿轮的参数化有限元模型,通过接触分析得到轮齿接触位移值并计算刚度。该方法考虑了轮缘厚度对刚度的影响;通过最小二乘法得到直齿轮单齿刚度公式,并依此推导得到任意齿数啮合的时变啮合刚度公式;并与石川公式、势能法、Kuang方法对比,说明了各计算方法在计算时变刚度时的优缺点。将FEA公式与ISO计算单齿最大刚度的结果进行对比,验证了该刚度公式的可靠性。     

平面折展机构平面弹簧的设计与分析

针对常规平面弹簧变形过程中运动端容易产生周向旋转从而造成振动和磨损的问题,设计了一种基于LEMs的平面弹簧,该弹簧由平面薄板加工成形且能实现平面外运动,具有体积小、易加工,结构简单及变形过程中运动端不发生周向旋转等优点。首先,基于悬臂梁模型和伪刚体模型分别推导了LEMs平面弹簧的刚度计算公式。其次,为验证所推导公式的正确性,建立了LEMs平面弹簧的ANSYS仿真模型,并将有限元分析结果与上述两种理论模型的计算结果进行了对比。结果表明,在变形较小的情况下由悬臂梁模型所推导的公式计算精度更高,在变形较大的情况下使用由伪刚体模型所推导的公式更为合适。最后,通过大量实例分析推导了两个公式的适用范围,并用一组数值算例证明了其正确性。     

平面S型等线宽与渐变线宽微弹簧弹性系数分析

针对微惯性器件中平面S型等线宽弹簧的弹性系数理论计算公式尚未完善,利用力学能量法,推导出了弹性系数理论公式。在平面S型等线宽弹簧基础上,提出了S型渐变线宽弹簧并推导出了弹性系数理论计算公式。利用ANSYS仿真软件验证公式的正确性。分析得到在集中力作用下,弹性系数相对误差小于3%;在惯性力作用下,其平均相对误差小于5%。分析表明,S型渐变线宽弹簧具有变形量与应力分布均匀、抗高过载的特性。研究结果为微惯性器件的优化设计提供了一定的理论参考。     

圆锥滚子轴承轴向定位预紧刚度计算

研究轴向定位预紧状态下圆锥滚子轴承的刚度计算方法。首先，由轴向载荷作用下轴承内外圈相对位移及力平衡关系，推导圆锥滚子轴承的轴向刚度计算公式；其次，由轴向定位预紧轴承受径向载荷时各滚子的变形，推导出轴承的径向刚度计算公式；并且，经合理近似给出上述径、轴向刚度公式的简便计算公式，最后，将公式的计算结果同实验数据作对比，表明公式的误差较小，可以实际应用。     

快速控制反射镜两轴柔性支撑平台刚度优化设计

基于椭圆弧柔性铰链兼顾了直梁型柔性铰链运动范围大和圆弧型柔性铰链运动精度高的特点,设计了基于椭圆弧柔性铰链的二维快速控制反射镜系统两轴柔性支撑平台。为使柔性支撑平台快速响应性好,即使其低阶固有频率最大化,对该柔性支撑平台进行了结构优化设计。理论推导了单个柔性铰链最大刚度与许用应力、转角和铰链参数的理论计算公式。然后,采用集总参数的分析方法,得出了两轴柔性支撑平台低阶最大固有频率的理论计算公式。由公式可知:在转动惯量一定的情况下,低阶固有频率最大化即为工作方向刚度最大化。最后,通过有限元仿真和实验检测验证了理论计算的准确性,得到的结果显示:柔性支撑平台的最大固有频率和最大应力的理论值与仿真值的相对误差小于5%,平台工作刚度的理论值与仿真值、实测值的相对误差分别为3.86%和5.75%。仿真和实验结果表明:利用本文推导的理论公式进行柔性支撑平台刚度优化设计,既可以满足工程设计要求,又能省去繁杂的有限元计算。     

倒圆角直梁型柔性铰链设计计算与应用

首先推导出倒圆角直梁型柔性铰链的弯曲刚度和拉伸/压缩刚度计算公式;然后改变倒圆角直梁型柔性铰链的各结构参数,根据所推导出的刚度公式,利用MATLAB软件编程计算出刚度值,分析倒圆角直梁型柔性铰链的刚度与其各结构参数之间的关系;最后为验证推导出的刚度计算公式的正确性,采用三维实体单元对由倒圆角直梁型柔性铰链构成的柔性T型联结节的弯曲和拉伸刚度进行有限元求解,数值计算结果表明文中所推导的倒圆角直梁型柔性铰链刚度计算公式是正确的。     

微悬臂梁的平衡和稳定性研究

对原子力显微镜(AFM)在接触和非接触工作模式下的平衡状态和稳定性进行了研究,分析研究了微悬臂梁的长度以及探针与被测样品表面之间的距离对平衡位置的影响,获得了平衡位置与悬臂梁的长度以及与被测表面之间的规律,该结论为微悬臂的设计和改进提供了理论指导。     

蛇形弹簧联轴器齿形结构研究

蛇形弹簧联轴器是广泛用于通用机械场合的一种弹性联轴器,通过半联轴器上的齿与弹簧的相互挤压来传递运动和动力。在分析了蛇形弹簧联轴器的工作情况下进行了基本的齿形结构设计,并对联轴器进行了有限元仿真软件ANSYS Workbench 12.0的静载分析。通过改变齿形结构的参数,对比不同参数下齿形结构的静载分析结果。明显看出齿形结构对于蛇形弹簧联轴器的重要影响,为蛇形弹簧联轴器产品开发提供了理论依据。     

基于有限元的非圆截面零件数控车床优化设计

在对非圆截面零件数控车床模型提出简化处理基础上,运用Pro/E软件对数控车床进行实体建模,导入ABAQUS中建立数控车床床身及整机的有限元模型,对数控车床的有限元模型进行了床身的应力、位移分析,为结构优化提供了基础。根据数控车床床身的有限元分析结果,对数控车床的床身结构进行了优化。优化后的静力分析结果表明：数控车床床身的最大应力和最大位移均降低,x、y、z 3个方向的刚度得到了较均匀的分布,达到了优化设计的目的。     

随机载荷作用下轴对称结构模糊可靠度计算方法

利用摄动随机有限元法,推导在载荷随机情况下轴对称结构的位移的均值和方差的计算公式,进而计算出单元应力的均值和方差。在强度为随机变量的情况下,把结构从安全状态到失效状态的过渡性考虑成一模糊事件,采用线性隶属函数,计算了轴对称结构的模糊可靠度。计算结果表明,把载荷处理为随机载荷,把失效事件处理为模糊事件,更符合实际情况,为结构可靠性优化设计提供更可靠的信息。     

大尺寸非标准碟形弹簧应力应变理论计算与有限元分析

碟形弹簧由于具有良好的非线性减振特性而得到广泛应用,随着电力、石油化工行业的压力容器设备越来越趋向于大型化.对减振性能好、大尺寸碟形弹簧的需求也不断增加,然而大尺寸碟形弹簧直到目前尚无标准设计方法.该研究运用材料力学推导计算了大尺寸矩形截面和非矩形截面碟形弹簧的应力和应变,在给出近似计算公式的基础上,通过实例理论计算与有限元分析法进行比较,计算结果吻合较好,该计算公式简便实用,对工程实际应用具有重要指导意义.     

基于ANSYS的带簧油封径向力分析

提出一种考虑弹簧初应力的油封径向力有限元计算方法,即通过二维轴对称模型实现带簧油封的径向力计算。该模型中通过圆管来等效油封弹簧,并可以实现弹簧初应力现象的模拟;圆管模型的材料属性由2种状态下(弹簧装配在油封上和油封装配在轴上)弹簧的拉力转换得到,转换关系通过试验与仿真相结合的办法获得,最终实现了带簧油封2种状态下的径向力有限元计算。通过径向力测量仪验证计算结果的正确性,同时发现弹簧所产生的径向力并非百分之百转化为油封径向力。     

基于有限元方法的销盘实体接触应力仿真实现

建立了销盘实体接触的计算模型,并推导出接触应力的计算公式;利用有限元分析软件ANSYS,采用面-面接触分析,对销盘接触弹性半空间的3个应力值进行了仿真计算,并与推导的理论公式的计算结果进行比较。结果表明,在x向,ANSYS仿真值与销盘实体接触计算模型计算的应力值相差很小,在z向和xz向ANSYS仿真值稍偏大,表明利用ANSYS求解摩擦学实体表面接触问题是准确可靠的。     

波纹管用于水下仪器设备压力平衡的力学性能分析

运用非线性有限元方法分析了U形波纹管在深海大压力环境下的非线性力学行为,提出了波纹管体积变化的计算方法和相关公式;基于液体的可压缩性,推导出了仪器工作水深与波纹管体积变化以及内外压差之间的关系式,并给出了内外压差的计算流程,从而为压力平衡用波纹管的设计计算提供参考。以充油式深海压力传感器为例,分析了U形波纹管的压力平衡能力与各种因素之间的关系,总结了波纹管式压力平衡结构的设计原则,从而为基于波纹管式压力平衡的水下仪器设备的结构设计提供指导。     

基于高阶板理论的有限单元及其在压电智能结构中的应用研究

带有分布式压电驱动器 /传感器的自适应智能材料结构在振动控制、形状控制、精确定位等方面具有很大潜力而受到广泛的关注。本文把x ,y方向的位移定义为厚度坐标的三次多项式 ,利用板上下自由表面的力边界条件及正交异性复合材料的特性 ,导出了改进的高阶板理论。依据该理论建立了 4节点 2 0自由度矩形板高阶有限单元 ,并对一些算例进行了分析。通过与文献结果的对比 ,验证了改进的高阶板理论和所建立单元的正确性。最后利用所建立的单元 ,分析了压电悬臂梁中压电层在不同脱胶长度情况下板的频率变化 ,计算结果与试验结果相吻合