针对点阵块壳单元模型求解时间过长的问题,研究可行的简化建模方法。首先建立了反映点阵材料细节特征的壳单元锥台点阵模型,进行匀速异面压缩仿真,得到精细模型的压缩特性参数;然后基于PAM-CRASH软件材料库中41号材料建立等效的实体单元点阵块压缩仿真模型。对比了壳单元和实体单元建模仿真得到的碰撞响应特征曲线,结果表明,实体单元模型在触发力、平台力、压实应变以及吸能量等方面与壳单元模型吻合性良好,用实体单元建立的模型单元数量和求解时间更少,以实体单元替代壳单元建模可以提高求解效率。

采用有限元方法对模块化直流电源柜散热方式进行分析和设计。以标准尺寸的模块化直流电源柜为研究对象,在ICEPAK软件中分别建立其集中式散热和分布式散热的柜体仿真模型,通过仿真计算分别得到了两种散热方式下散热器的温度分布和模块前后的风压分布。对比了两种散热方式的优缺点,选择分布式散热作为模块化直流电源柜的散热方式。试验中测量了散热器的实际温升,其结果与仿真结果相符,验证了设计方法的正确性。

通过对进油节流调速速度负载特性进行分析,提出了在变负载情况下,采用改变节流阀开度和调节溢流阀额定压力(系统压力)使液压缸速度稳定的方法。首先建立了进油节流调速的液压缸动力学模型,得出的仿真结果表明,液压缸实际速度与期望速度存在较大的误差。然后采用模糊PID控制策略减小液压缸速度的稳态误差。仿真结果表明,经过模糊PID控制策略优化后的调速方法能使液压缸速度稳定,且稳态误差较常规控制方法大幅度减小。

侵彻过程研究中的数值模拟是目前常用的方法,建模的合理性对模拟结果具有重要影响。应用ABAQUS对7.62 mm枪弹侵彻松木靶过程进行了仿真,模拟分析了不同网格单元条件下弹丸剩余速度和靶板损伤情况。结果表明较为理想的单元类型为C3D8R单元,网格尺寸为1.30 mm,其仿真结果与实验值更接近。

针对风机齿轮箱早期故障信号信噪比低且故障难以准确诊断的问题,提出了基于集合局部均值分解(ELMD)与离散隐马尔科夫模型(DHMM)的风机齿轮箱故障诊断方法。首先对风机齿轮箱故障振动信号进行ELMD分解,得到一系列的乘积分量(PF),再对每个PF与原始信号求取相关系数进而滤除噪声信号以及由分解引起的虚假分量,然后对新信号进行标量量化处理得到特征向量,最后将每种状态下的特征向量输入已训练收敛的离散隐马尔科夫模型库进行状态判别并得出诊断结果。实验结果表明,对于风机齿轮箱早期故障诊断,所提出的方法具有一定的有效性和实用性。

针对经验模态分解在回转齿轮箱故障中容易出现分解精度低的问题,提出了一种CMF-EEMD信号处理方法。组合模式函数(CMF)将集合经验模态(EEMD)分解得到本征模函数(IMF),并通过把高频和低频信号叠加的方式来形成包含高低频的模态函数,然后通过EEMD对循环自相关函数解调分析。将CMF-EEMD信号处理方法应用于仿真信号和齿轮箱故障诊断测试平台,成功提取了多故障特征频率,验证了该方法的有效性。该方法还可以清晰地反馈故障振动信号冲击幅值改变情况,从高频分量中可清楚地看到振动信号冲击幅值发生改变的明显特征。

为解决复合材料蒙皮结构常因剧烈铺层变化给飞机自然网格有限元建模带来的困难,从层合板基础理论出发,通过单向拉压和剪切刚度等效,推导出从理论上将阶梯状蒙皮简化为一个各向异性单元的方法。此外,通过有限元建模实例计算分析,证明该等效方法能够较好地模拟复合材料蒙皮面内拉压和剪切变形响应,可广泛应用于复合材料结构建模分析。

设计了一种可用于盾构机土仓内的机器人末端工具换接装置,对其中的切换模块和锁紧模块进行了受力分析,用NX10.0软件建立了换接装置的三维实体模型,采用ANSYS与ADAMS软件联合仿真方法建立换接装置的刚柔耦合模型,并进行动力学仿真分析,得到锁紧钢球的运动曲线及危险节点的应力变化曲线,验证了该换接装置的可行性和合理性。

为了实现工作人员在集控中心进行站所内的巡检和操作任务,提出了一种带电操作机器人系统。该系统是以基于图像识别的操作机器人为本体的智能系统,用于执行变电房高压柜的状态识别和开关操作。针对该机器人系统,提出了一种基于三维点云的深度相机标定方法,实现了机器人手眼坐标系的统一。设计了一种针对旋转类型按钮的定位算法,实现了机器人对开关的定位和操作。实验表明,将带电操作机器人部署在实际站所中进行测试,对旋钮类型开关、压板及按钮的一次性操作成功率达到93.88%。由此得出,该机器人系统能够稳定运行,并可实现高压电柜上4种类型开关的自动化操作,该研究为智能变电站的发展做出了有效探索。

在考虑结构几何非线性、形状记忆合金(SMA)相变特性和材料非线性的基础上,利用有限元法研究了内嵌SMA纤维的复合材料变截面结构的非线性静力学响应,并与几何线性情况下的结果进行了比较。研究发现,SMA复合材料变截面结构加载时的位移-载荷曲线与卸载时的不重合,二者形成了封闭的滞后环,而且由几何非线性分析得到的滞后环面积比由几何线性分析得到的小。此外,由几何非线性分析得到的SMA纤维的应力-应变伪弹性滞后环面积、最大马氏体含量都比几何线性分析的结果小得多。该研究可为SMA用于大变形结构被动控制奠定理论基础。