为了确定全膝关节置换假体几何参数对关节假体接触面积和接触应力的贡献度,设计了符合实际使用要求的膝关节假体,建立了基于Isight平台的膝关节假体参数化有限元模型。使用最优超立方拉丁采样方法对膝关节假体的几何参数进行采样并在SolidWorks中进行参数化建模,利用ABAQUS软件进行有限元分析得到其性能指标,根据二次回归模型得到几何参数对性能指标的贡献占比,确定了FFR、IFR是影响接触面积与接触应力的主要因子。基于400个样本点模型得到了相比于初始模型更优的模型,其关节假体接触面积与初始模型相比降低了32.33%,胫骨衬垫也获得了更大的内旋角度(8.4°),进一步提高了假体的运动性能。

基于改进的Archard磨损方程,推导了适应于不同微动振幅下的局部磨损方程,建立了二维刚性柱面-平面的微动磨损数值模型,研究了微动工况、材料参数对平面磨损形貌的影响规律。结果表明,在柱面载荷为20MPa,微动振幅为4μm的工况下,随着柱面半径的增大,平面的磨损宽度逐渐增大,磨损深度逐渐减小;在微动振幅为4μm的工况下,随着施加在柱面上载荷的增大,平面的磨损形貌呈现出变宽变深的趋势;在柱面载荷为20MPa,微动振幅为4μm的工况下,随平面弹性模量的增大,平面的磨损轮廓从宽而浅变化到窄而深。其次,根据Hertz接触理论和Archard磨损方程预测的平面磨损面积与本论文中模型计算的结果进行了对比,结果发现在磨损初期,两者间差别不大,随着微动循环次数的增加,Hertz理论预测结果小于这里模型计算的结果。

以25TAC62B角接触球轴承为例,建立了轴承瞬态热分析模型,利用ANSYS Workbench对轴承的温度场和热变形进行了仿真分析。结果表明随加热时间增加,各元件温度均在升高,内圈温度随半径增加逐渐升高,外圈温度随半径增加逐渐降低,球的温度高于内外圈;轴承内圈受热后向半径增大方向膨胀,外圈向半径减小方向膨胀,球在内圈和外圈共同挤压下半径变小,整体向半径减小方向被压紧。为进一步研究轴承热诱导的动态接触特性和热诱导的精度渐变可靠性奠定了基础。

筒形永磁涡流阻尼器具有优越的减振制动能力,广泛应用于建筑桥梁和军事装备等领域。为了研究筒型永磁涡流阻尼特性,建立了圆柱形永磁体在导体筒内阻尼下落实验系统,建立了理想状态下圆柱形永磁体磁场强度空间分布公式,推导了永磁涡流阻尼系数及永磁体阻尼下落速度计算公式,研究了导体筒壁厚及空气间隙对涡流阻尼特性的影响。考虑实验系统中实际情况的影响,修正了永磁体阻尼下落速度公式,理论计算结果与实验结果一致,验证了理论模型的正确性。结果表明永磁体在导体筒内部运动时阻尼系数可作为常数,导体筒壁厚及空气间隙对电磁涡流阻尼特性有显著影响。

在渐进失效分析法的基础上,为研究粘性系数(η)对层合板结构最终失效的影响,以含有中心贯穿式孔裂纹的E-glass/HT907复合材料层合板为研究对象。采用工程上使用较为普遍的Hashin准则作为结构失效单元的判别依据,结合各种损伤模型,对层合板结构的破坏机理、材料失效后的损伤扩展过程以及结构发生破坏后的最终失效载荷进行了合理阐述。利用此方法探讨了不同粘性系数影响下对复合材料结构的极限承载力的影响,同时可以清楚的了解到材料结构的局部和整体应力损伤分布情况以及发生损伤后载荷的重新分布和损伤扩展途径,为基于有限元复合材料层合板结构的极限承载力分析、设计提供参考。试验表明,此预测结果与试验结果基本吻合。

作为飞机结构强度分析的有效手段,飞机全机有限元模型内力计算结果直接影响强度分析结论。超单元方法作为求解大型有限元问题的有效手段,在飞机全机内力计算中具有较好的适用性。基于超单元方法的基本理论以及NASTRAN软件,给出超单元方法在民用飞机全机内力计算的使用方法和步骤。以某型民用飞机全机模型内力计算为例,进行了超单元方法计算与全模型方法计算,并对比两种方法得到的节点位移以及单元内力。结果表明,超单元方法计算误差较小,对结果的影响可忽略不计,可用于飞机全机有限元模型内力计算。

根据后机身载荷包线对后机身全尺寸静力试验载荷进行筛选,完成从理论载荷到试验加载载荷的设计,提出了试验边界模拟、试验加载模拟等关键方法,完成了发动机失效工况和机动平衡两种危险工况的试验。建立了有限元分析模型,基于试验加载载荷进行有限元计算,得到理论位移和应变值。试验测量结果表明,试验测量得到的位移和应变值与理论值符合性良好,试验结果可作为某型民用飞机复合材料后机身结构的强度验证依据,验证的有限元分析方法可应用于结构优化设计。

传统攀爬机器人的抱持机构都是采用全驱动的机构,具有结构复杂,控制繁琐,无自适应的缺点。为了改变这种状态,提升攀爬机器人抱持机构的抱持性能,设计了一种基于绳驱式欠驱动原理的抱持机构,具有结构简单,驱动源较少,自适应好的优点。同时对此欠驱动机构进行静力学模型的建立,并运用ADAMS/Cable模块对欠驱动手爪进行运动学以及动力学仿真分析。此仿真方法为绳驱式欠驱动手爪仿真提供了一种新的方法,并通过仿真验证轮手抱持杆件的可行性,从而验证了欠驱动手爪作为攀爬机器人抱持机构的可行性。

传统铲斗强度分析方法仅仅通过有限元法选取铲斗极限工况进行强度计算,其计算结果明显偏大,设计偏于保守,不利于实现铲斗的轻量化设计。针对以上缺陷,借助离散元素法,建立基于物性参数的碎石和铲斗的仿真接触模型,通过动力学仿真定义铲斗运动特性,获取铲斗在散体力作用下所受动载荷,结合有限元方法对其进行强度计算,并通过应力测试试验验证了该理论方法的可靠性,同时与传统的强度计算结果进行对比。对比结果表明,采用离散元-有限元耦合分析铲斗强度更贴近于实际情况,为铲斗和其它工作装置的设计和优化提供新的参考。

针对高地隙喷雾机作业时易受到路面激励发生侧倾失稳问题,建立ADAMS喷雾机虚拟样机仿真模型,并基于谐波叠加法建立三维纵向斜坡随机路面模型。采用田口实验设计方法,以E、F等级纵向斜坡随机路面为噪声因子,选择喷雾机作业车速、药箱充液比和路面坡度为控制因子,设计了三因素三水平田口仿真实验方案,同时利用流体仿真软件Fluent探讨了药箱液体晃动对喷雾机作业稳定性的影响,拟合出变负载下冲击力函数束,并将冲击力函数加载到喷雾机虚拟样机,从联合仿真的角度分析了喷雾机侧倾动力学,对试验结果进行信噪比和均值的方差分析,得到了喷雾机在纵向斜坡、变负载作业时侧倾失稳试验条件,从而避免了危险工况下的实车试验,为驾驶员稳定性操作作业提供相关参考。