以3500 kN立式摩擦焊机导柱作为研究对象,首先进行有限元模拟,分析结果表明导柱有很大的改进空间。接着对导柱进行拓扑优化,优化结果作为材料最佳分布形式的参考。然后基于改进后的结构,对导柱进行六西格玛优化和可靠性分析。最后得到导柱的最优改进方案,导柱的整体质量减轻约16.76%。优化结果表明,将拓扑与参数优化相结合的优化方法应用于导柱的优化设计,效果显著。

以实现矿用电铲挖掘轨迹的智能化控制、充分认识电铲整机运行特性为目的,在考虑电机加减速过程的基础上,建立了以时间为历程,由提升速度和推压速度直接决定的电铲齿尖轨迹方程。基于所建立的轨迹方程,分析了电铲斗杆与铲斗的受力状况,并确定了提升力、推压力、切削层厚度及挖掘物料体积的计算方法,基于SimulationX软件搭建了电铲整机机电联合仿真模型,并利用仿真模型对电铲整个工作循环过程进行了仿真研究,得到电铲工作过程中的提升力、推压力、斗杆转速、转角、各驱动电机功率等关键参数的变化曲线,为进一步研究电铲整机的负载与能耗特性,实现电铲的智能化控制提供了参考。

针对经典滚动轴承力学特性的研究大多基于刚性套圈的假设,但无法应用于谐波减速器中发生套圈变形的薄壁轴承问题,基于柔性套圈变形假设得到薄壁轴承接触载荷-应力计算模型,并通过ANSYS建立薄壁轴承柔-柔接触三维有限元仿真模型。分析薄壁轴承装配受载引起套圈变形后滚动体接触载荷分布规律,研究薄壁轴承滚动体-滚道非理想接触下滚动体接触载荷-应力计算模型,指出传统刚性套圈假设、切片法分析薄壁轴承载荷分布以及估算薄壁轴承接触应力的局限性。通过理论数值计算和仿真结果对比,验证了基于柔性套圈假设分析薄壁轴承接触载荷-应力计算及仿真结果的合理性、准确性。

针对风力机叶片在成型过程中会无法避免的存在大量的微裂纹进而导致叶片断裂的问题,分析微裂纹在拉伸条件下温度与应力的变化情况。使用万能试验机对表面含有预制微裂纹的叶片试件进行拉伸试验,同时采用红外热像仪采集试件试验过程的温度场;再利用ANSYS软件对相同结构进行仿真得到其应力场,对比试验与仿真过程中温度与应力的变化情况。结果表明,微裂纹初始扩展过程中,温度升高较为缓慢,而后随着应力的逐渐增加,温度升高更为明显,并在加载后期出现一个大幅度的温度升高现象,且整个过程中温度与应力都呈增加趋势,有助于风力机叶片微裂纹早期损伤的检测,提高风力机的运行效率,保证风力机的健康运行。

为研究机械零部件尺寸参数及材料性能参数对机械零部件频率失效的影响,对NC450型单缸发动机连杆进行了研究,应用多平台集成设计对其进行频率可靠性分析。首先,建立ANSYS有限元模型进行模态分析,得到了连杆前四阶固有频率值及振型;其次,通过ANSYS与Isight集成设计模态联合仿真及DOE样本实验,获得用于频率可靠性分析的样本数据,并经DOE样本分析确定了连杆的最低阶固有频率的敏感设计变量;然后,由MATLAB编制BP神经网络程序进行回归分析,拟合连杆最低阶固有频率和敏感设计变量之间的函数关系,建立了基于共振失效原理的频率失效功能函数;最后,结合均值一次二阶矩法有效分析了连杆在稳定工况下的可靠性,为机械零部件的可靠性分析及设计提供新的方法。

提出一种利用全身传感装置进行地图定位和校正的遥操作机器人。首先,针对遥操作控制系统进行了深入的研究,包括遥操作要素和技术要点等。其次,根据周围环境地图特征进行了地图建立和定位,提出了一种神经网络的方法进行地图校正。该方法可以学习来自信息捕捉装置的传感器数据信息,分配给每个神经网络的机器人执行器的位置之间的映射。最后,为了在学习过程中收集数据,机器人通过一系列成对的同步动作来校正地图。该方法可以应用于任何环境下机器人地图定位和校准,而不考虑环境物理中呈现出的差异。实验结果表明,该方法为实现机器人的遥操作提供了一种快速、有效、灵活的方法。

研究在满足既定工序顺序约束的情况下,按序组合工序来分解柔性作业车间大规模调度问题,建立分解调度问题的数学模型,并探索高效求解的方法。首先基于工序组合与遗传算法,将大规模调度问题进行分解降低问题空间复杂度,形成调度子问题,并建立分解后的调度数学模型;其次将利用组合规则生成高质量的初始解,采用遗传算法与蛙跳算法相结合的混合算法,采用双线程进行并行计算求解,提高全局搜索能力和效率,重组后形成原问题的可行解;最后利用实例证实了模型和算法的可行性。

基于循环对称结构模态分析理论,建立了螺旋桨整体结构振动特性仿真分析方法。选取某两桨叶定距航空螺旋桨为分析对象,在ANSYS软件中建立起螺旋桨整体结构振动特性分析的三维有限元模型。首先计算结构在不转动工况下的固有振型和频率,然后计算其在常用转速工况下离心、气动载荷同时作用时的振型和频率。分析计算结果,发现螺旋桨整体结构同一阶次频率下存在对称型和反对称型振型,但不能同时出现,呈现量子态特点;并得到外载荷对振型、频率的影响规律以及共振曲线。该方法大大降低了求解规模,可应用到其他多桨叶、变距螺旋桨整体结构振动特性的工程计算中去。

以高档烟酒和奢侈品为代表的高端包装行业自动化水平较高,但包装机器价格昂贵,使用和维护成本高,使得众多中小微型企业难以负担。现阶段中小服装企业包装纸盒均采用手工操作,普遍存在效率低、质量差、相对成本较高等问题。因此开发一种低成本、自动化的小型包装机,确定包装机的设计要求,拟定包装工艺方案,最后完成包装机的结构设计与可靠性分析,完成首台实物样机的制作,这对于中小企业的服装、食品等轻工行业的包装需求具有重要的现实意义和工程应用价值。

采用轻量化设计理念和计算机模拟仿真,在SolidWorks中建立了BGC-60D抱罐车后车架结构模型。利用有限元法对满载起包和满载运行工况下的后车架结构进行了应力应变分析并对关键构件的应力强度和安全系数进行了分析。基于最优化理论在ANSYS有限元分析软件中优化模型。通过研究分析确定了后车架结构的应力分布和变形情况,以重要构件的材料厚度为优化变量对后车架进行轻量化设计,优化后的后车架结构质量较优化前减轻了6.64%,达到了轻量化的目的,为抱罐车的结构设计和轻量化提供了理论指导和实际应用参考。