以一款氢燃料电池客车为研究对象,首先通过CATIA软件绘制客车的三维几何模型,然后应用HyperMesh软件对客车骨架进行静力学分析,主要研究车身骨架在4种不同工况下的强度应力分布与刚度位移变形情况,以此来判断车身骨架的设计是否符合国家标准。进一步对氢燃料电池客车骨架进行了无约束情况下的低阶模态分析,获得了车身骨架的频率与振型,确定了车身骨架的优化方向,并且提出了合理的建议。通过氢燃料电池客车骨架的静力学分析,为后续研究提供了必要的依据。

针对高压输电线路走廊树枝与下相导线间距离过近可能导致短路跳闸等问题,研究设计了一款带电线路树枝修剪机器人,包括沿地线行走的移动机器人平台、绝缘绳卷扬升降及回转平台和末端作业平台。首先,根据作业空间分析提出了树枝修剪机器人的构型原理,并建立了三维模型。其次,针对绝缘组合臂在保证强度和刚度条件以及实际应用条件下利用遗传算法求得了质量最小的最优解,并利用ABAQUS对其进行了有限元应力应变分析及模态分析。最后,试验样机在220kV带电线路上进行了多次树枝修剪试验,试验结果表明,该样机满足220kV带电线路树枝修剪要求,验证了设计的合理性与实用性。

基于经典层合板理论,在考虑模具作用的情况下建立了预测非对称矩形先进碳纤维增强复合材料层合板固化变形的理论模型,并通过引入界面剪应力模拟模具与层合板间的相互作用。算例表明,考虑模具作用后,理论模型的预测结果与试验结果吻合更好,验证了理论模型的合理性。最后讨论了固化变形的控制和优化方法,研究表明,通过选择合适的模具材料、脱模材料及固化工艺,可以降低非对称层合板的变形位移。

凸轮轮廓设计不合理引起的振动是凸轮传动机构中的一种常见问题,会极大地减少凸轮机构的使用寿命,降低传动精度。基于最大丰满系数理论对排咪机中凸轮打点机构的凸轮轮廓曲线进行了优化设计,并进行了凸轮重构。利用ADAMS分别对优化前后的凸轮打点机构进行了动力学仿真。仿真结果表明,优化后凸轮打点机构中的执行末端冲针运行更平稳,运行速度更稳定,加速度更加缓和,极大地降低了凸轮间的碰撞,减小了凸轮的磨损。

为了研究盘形滚刀破碎岩体的受力过程,利用PFC颗粒流软件对盘形滚刀破碎岩石的过程进行建模仿真,得到其滚动力、侧向力和法向力。引入三种神经网络(BP、ELM、RBF)构建模型,选取适当的函数训练模拟,截取颗粒流仿真得到的部分数据,对盘形滚刀的法向力进行预测,并且随机选取几组节点,比较误差优劣。通过预测结果分析得知,ELM极限学习机对该模型具有较高的预测准确度,可为试验或仿真模型提供预测分析,验证其正确性,具有一定的指导意义。

为了对后装式压缩垃圾车翻转机构进行轻量化设计,首先对翻转机构进行研究,基于Adams建立挂桶机构的虚拟样机,通过仿真得出油缸驱动力与时间的关系曲线,建立挂桶机构转臂的有限元模型并以虚拟样机仿真结果为依据施加载荷,将分析结果与试验台实验结果对比,验证所建有限元模型及载荷施加的正确性。基于HyperMesh的OptiStruct求解器及HyperStudy,对转臂进行基于变密度法的拓扑优化和基于全局响应面法的形状优化,对翻转机构转臂进行轻量化设计,与原始结构对比得出此优化方法具有较大的减重效果,对翻转机构的轻量化研究具有一定的工程意义。

与传统CAD建模不同,异质零件建模时将材料的类型和分布特征作为参数,在模型中进行优化设计。异质零件建模的核心是将几何结构与材料设计结合起来,实现单一材料无法实现的特殊功能。异质零件模型的设计还需要考虑制造需求,与传统模型兼容,使用标准文件格式,最终静态模型可直接用于数字制造。给出了静态模型的设计过程,首先使用常见三维建模数据存储方式的点云数据来存储模型数据;然后设计基于轮廓近似法的结构和材料模型,用不同颜色映射不同材料;最后将材料信息添加到以微四面体为基本单元的模型中,生成异质零件的静态模型。

基于产品功能而设计的非均匀厚度厚壁塑料制件,在注塑加工中易出现表面缩痕、熔接痕、翘曲等缺陷。针对一含金属嵌件厚壁零件,基于工艺优化对该注塑零件厚度进行优化,对分型面及浇口位置和顶出布局设计进行调整,采用CAE注塑成型分析软件进行多因素多水平的工艺优化模拟仿真,从而获得最佳的工艺参数,保证最佳的产品质量。

针对商用车高位引气管进气阻力大和预滤尘、水效率低的问题,采用计算流体力学(CFD)的方法,分析了高位引气管的进气特性,发现了影响进气阻力和预滤尘、水的效率的因素。仿真和试验的进气阻力相差0.1kPa左右,验证了仿真模型的准确性。分析阻力流场和速度场可知高位引气管因旋流扇角度和减振波纹管结构改善了其内部湍流压力和速度梯度的分布,降低了进气阻力,提高了预滤尘、水的效率。据此,优化了高位引气管结构。优化后的模型在出口处进气阻力降低到1.15kPa。有效地改善了高位引气管的进气和预滤尘、水的性能。

基于均匀化理论提出了一种周期开孔约束阻尼板的有限元建模方法,以提高动力学分析的计算效率。采用8节点实体单元建立粘弹性阻尼胞元的有限元模型,基于均匀化理论对粘弹性阻尼胞元的等效特性进行分析,得到均匀化本构矩阵。通过均匀化分析,周期开孔的粘弹性阻尼层可视为横观各向同性均匀材料,基于此建立周期开孔约束阻尼板的有限元模型。通过算例分析,验证了本文提出的建模方法的正确性。分析了粘弹性阻尼层的剪切模量、粘弹性阻尼层的厚度和开孔率对结构阻尼特性的影响,为周期开孔约束阻尼板在工程中的应用提供了指导。