基于临近空间科学实验的需要,主要利用有限元的方法对临近空间载荷服务舱落地的安全性进行仿真分析。首先分析载荷服务舱的结构和力学模型,明确力学分析的边界条件,然后利用ANSYS软件建立有限元模型,最后通过ANSYS显示动力学模块仿真得到载荷服务舱主体结构的变形云图和应力分布云图。最终的仿真结果表明在载荷服务舱以7m/s的速度落地时,通过减震装置的缓冲作用,使得载荷服务舱主体结构落地的安全性得到保障,并且有利于内部设备的正常回收,为临近空间的科学实验奠定了基础。

为了防止烟盒围条折弯成型时折痕处因应力过大而产生撕裂,基于ANSYS Workbench对围条折弯动作进行显示动力学仿真,分析成型过程中围条纸厚、折弯转速、折弯位置对折痕处应力的影响。结果表明围条折弯过程中最大应力随围条纸厚的增大而减小,随折弯转速的增大而增大,折弯位置的变化对折弯变形效果有显著影响。最优折弯参数为围条纸厚0.58 mm、折弯转速120 r/min、折弯位置6 mm,此时围条成型应力最小,满足强度要求。

针对6500 kN大吨位液压冲击试验机在刚性冲击过程的安全性问题,基于撞击动力学建立了冲击油缸液压油与活塞杆中应力波波动方程,采用Ls-dyna显示动力学分析模块,对冲击油缸刚性冲击过程进行数值模拟。研究结果表明:刚性冲击过程中,施加载荷产生的应力波传递到结构边界位置会发生叠加,导致载荷激增;两次载荷突变位置分别对应冲击油缸液压油与活塞杆刚性边界位置,数值计算结果与理论分析相符合;根据分析结果可知,超大吨位液压冲击试验机应采用防刚性冲击保护装置进行保护,防止出现刚性冲击载荷过大造成自损问题。研究结论可为设计液压冲击试验机极限承载能力提供理论依据。

针对传统的齿轮箱体振动信号的故障诊断,提出了一种新的测试方法,即把传感器直接安装在齿轮箱体内的齿轮体上,缩短了振动信号的传递路径,有效降低了振动信号在传递过程中幅值衰减,能诊断出齿轮传动系统的早期故障。为验证该方法的有效性,对齿根2 mm裂纹的故障齿轮传动系统进行了动力学仿真和实验验证,结果发现从齿轮体上的振动信号中能成功诊断出齿轮裂纹的早期故障,而箱体上的振动信号则不能体现故障特征。这充分说明了振动信号在经过复杂的传递路径后导致幅值衰减和频率成分丢失,微弱的故障信息被削弱。这为齿轮箱的早期微弱故障的诊断提供了一种有效的方法。

内燃螺栓冲击扳手的冲击锤在受到瞬时冲击力作用下,冲击锤的“扇形齿”极易发生冲击断裂破坏。应用SolidWorks对某扳手冲击结构进行三维建模,基于Workbench有限元分析平台下显示动力学模块(Explicit Dynamics)建立内燃冲击扳手冲击结构高速旋转冲击模型,对冲击锤进行强度分析,获取冲击锤的应力、应变及冲击载荷变化规律。经分析计算,找出冲击锤原设计结构齿根断裂破坏原因,从而对冲击锤原结构进行改进,并对改进的冲击锤结构进行冲击强度分析,发现改进后的冲击锤承受冲击破坏能力有较显著提高,可以解决实际工程问题,并为内燃螺栓扳手冲击结构的设计提供参考。

针对常见的刚性板状及网状防护壳难以适用于飞轮电池中磁轴承支承高速旋转件的应用场合,在现阶段多孔材料研究的基础上,应用几种典型胞元构型的多孔材料对飞轮电池防护外壳进行设计。运用有限元仿真技术对比了几种不同胞元类型的多孔材料的抗冲击特性;提出了飞轮电池的防护方法;并对防护壳进行了仿真验证校核。结果显示,多孔材料防护壳性能可满足飞轮电池防护要求。