拓扑优化是现代结构优化中不可缺少的一个重要环节。但由于用有限元法进行拓扑优化所得的梁结构往往具有棋盘格式,使其具有边缘不均匀、不光滑且非线性等缺点。针对这一问题,在这里提出了一种拓扑结构优化及梁结构棋盘格式边缘光滑处理的方法首先利用ANSYS对平面板模型进行拓扑结构优化,得到具有棋盘格式梁结构的拓扑优化结果;然后利用最小二乘法建立边缘线性方程组以对拓扑优化结果进行光滑处理;最后通过光滑处理结果重构拓扑结构模型,并对其进行网格划分和有限元数值计算分析。分析结果表明,通过这种方法可以在原拓扑优化结果的基础上得到新的、有效可行的光滑拓扑结构,这为拓扑优化结构棋盘格式提供了一种简便且易于操作的光滑处理方法。

复杂薄壁花板筒应用在垂直摘锭式采棉机,其主要作用是解决棉花在垂直摘锭式采棉机滚筒内部堆积造成的滚筒堵塞、摘锭卡死等问题。基于摘锭系统的工作原理和圆内摆线原理设计了复杂薄壁花板筒结构模型并制做了试样,在有限元软件中通过抽取中面的方法对其进行网格划分并进行模态分析,提取其前六阶固有频率与相应的振型,同时对复杂薄壁花板筒进行振动实验。对比实验与数值分析结果可知花板筒变形主要集中在结构的上半部分和中部,不同部位的频率响应曲线验证了模拟的可靠性;实际状态下的频率远远小于实验和模拟的频率,从而有效避免了共振,符合实际的工作要求。以上方法为复杂薄壁花板筒的振动控制提供了合理的结构分析方法和测试技术。

针对S型焊接金属波纹管振动问题,首先,利用ANSYS对其进行模态分析,得到了不同型号波纹管固有频率及其频率规律。然后,利用轴系润滑与动力稳定性试验系统进行振动试验测试,得到了不同型号波纹管在激励转速和实际工作转速下的频率响应曲线。最后通过仿真结果和试验测试结果的对比分析,确定了各型号波纹管的前6阶振动固有频率的径向频率值,揭示了波纹管的振动机理和实验测试影响因素,阐明了波纹管的数值建模方法和试验测试技术,这对焊接金属波纹管密封的设计、制造和应用提供了数据参考。

为满足采棉机器人成熟期棉花的收获要求,提出一种成熟期棉花行中心线快速准确的检测方法。在自然环境下相机采集成熟期棉花图像,利用灰度变换、高斯滤波等方法对图像进行预处理,其次通过标记分水岭分割算法对图像进行分割,滤除图片中杂点,将棉花信息从背景信息中提取出来。最后通过像素坐标分割法检测棉花特征点并采用最小二乘法拟合棉花行中心线。实验结果表明,像素坐标分割算法在不同光照情况下、棉花种植稀疏与稠密情况下都能够准确的拟合出棉花行走向的中心线,速度快,准确率高,可以满足采棉机器人实时作业要求。

为了提高农业机械的自主作业能力,减轻农民劳动负担。为此,设计了一种利用单片机控制的智能机器人控制系统。装载了一款超声波传感器提高了机器人的自动避障能力,使用红外遥控器技术控制机器人,可对机器人的行走方式控制的更加灵活自如,开发了微信小程序,可用手机蓝牙与机器人搭载的蓝牙进行配对,来实现利用手机对机器人的远程控制能力,并将采集到的传感器测量距离在手机界面上实时显示出来。在实验室内对机器人的控制性能进行了测试,结果表明利用超声波传感器可精准实现机器人对障碍物的躲避,使得机器人安全、高效地进行作业,测量精度高、误差较小。

这里针对垂直摘锭式采棉机采摘头集棉筒堵塞问题,引用Fluent软件和风洞实验平台,对集棉筒结构和工作参数进行了改进。首先,改变集棉筒入口几何尺寸,建立了几种优化模型,并进行了仿真分析,仿真结果表明,改变入口几何尺寸是不能够避免集棉筒堵塞问题;其次,改进集棉筒边界条件,并在仿真过程对集棉筒底部施加了正压速度入口,仿真结果表明,改变集棉筒边界条件是解决其堵塞问题的最佳手段;最后,建立了风洞实验台,制作了集棉筒实物,并实际测试了集棉筒内部气流场速度值,再将实验数据与仿真数据相对比,验证了仿真结果的可靠性;这里对采棉机气力输送系统的设计与优化提供了科学的依据。

槽式太阳能TTC桁架结构进行数值建模和有限元分析时存在许多问题,比如耗时长、工作量大、操作技术水平要求高以及模型参数繁多不易更改等。为了解决这些问题,采用ANSYS二次开发工具APDL对TTC桁架结构进行参数化建模,并结合VisualC++语言对其进行编程,创建人性化的参数化建模与数值分析软件系统。系统提取了模型中的主要结构参数作为主参数,并与其它次要参数建立了相应的算法关系。同时建立了对模型的基本参数、边界条件、载荷以及网格尺寸大小等进行控制的方法和算法。实现了在多工况条件下对复杂工作环境的快速简便的有限元建模和数值模拟,大大减少了模型建模时的工作量,提高了数值建模计算工作效率。