电气化铁路接触网吊弦疲劳试验系统研究与装置开发
这是一篇关于接触网吊弦,疲劳试验,有限元,交流伺服驱动的论文, 主要内容为接触网是电气化铁路运行中的核心系统之一,及时地预测接触网吊弦的使用寿命并在安全期内进行更换,对安全和经济方面都极其重要。因此,本文设计了一种试验台来研究振动疲劳对吊弦寿命的影响。本文研究了接触网吊弦疲劳断裂的产生机理,并以吊弦疲劳程度作为测试对象,开发出基于S7-200 Smart PLC的电气控制系统和配套的交流伺服驱动系统,实现了对试验台中伺服电机的精准控制,使试验台可以进行间歇运动,更符合实况中吊弦的运动状态,这在其他吊弦疲劳试验台的设计中是没有的;本文还通过实验室虚拟仪器LabVIEW和相应人机交互界面的设计实现了对吊弦疲劳相关参数的在线监测。本论文研究的主要内容如下:(1)分析吊弦拉伸机理,从而模拟其实际的拉伸因素设计试验台,结合国家相关标准,提出试验台需要满足的试验条件,使用有限元分析技术对吊弦建模并进行疲劳模拟,以此估算吊弦的疲劳寿命。(2)设计吊弦疲劳试验台的硬件控制系统,采用PLC控制器和交流伺服系统完成试验台的运动需求。(3)开发PLC控制器的程序,完成试验台的控制需求。(4)设计了就地HMI界面和基于LabVIEW的吊弦拉力与位移的数据采集和波形远端显示系统。本文研发的吊弦疲劳试验台经过实际验证满足国家相关标准所要求的吊弦疲劳试验强度,实现了对整体吊弦的疲劳寿命检测,可应用到实况中更好的保障电气化铁路接触网的平稳运营。
有轨卡丁车车架及悬架设计分析
这是一篇关于卡丁车,车架,悬架,有限元,ANSYS Workbench的论文, 主要内容为有轨卡丁车是一种新型电动娱乐车辆,其专用赛道中设置有轨道,可同时为车辆导向和供电。相比传统燃油卡丁车,有轨卡丁车在安全性、经济性以及环境友好性等方面表现更加优异,因而具有很好的发展前景。根据有轨卡丁车车型特点,首先开展了车架结构选型、车架空间结构设计、车架纵向与横向关键尺寸计算及材料与加工方式选择等前期基础性工作;其次在UG软件平台上构建了车架的数字三维模型;最后利用ANSYS Workbench工具对车架模型进行静态加载分析,算得单根梁上重力产生的最大弯矩为161Nm,转弯时受到的最大弯矩为145Nm,侧倾角为3.57°。通过有限元模拟可分析得到的车架位移和应力云图,检验车架的强度和刚度是否符合要求,为车架结构改进与优化提供依据。本文车架直行和转向时节点的最大位移分别为0.352×10-6m和0.725×10-6m,其等效应力均小于材料的许用弯曲应力,符合相关要求。分别模拟了弯曲、扭转、弯曲结合扭转与紧急制动等4种工况下的车架受力情况,得到了节点位移图和应力云图,其中扭转、弯曲、扭转弯曲结合以及紧急制动时最大变形量分别为0.09mm、0.14mm、2.4mm和0.14mm,变形程度在允许范围内,应力最大值分别为14.23MPa、47.4MPa,147MPa和49.2MPa,符合相关要求。对比现有的各种悬架,对其方案进行了论证,本文选择钢板弹簧非独立悬架形式,采用线性特性的传统多片钢板弹簧和纵置对称式的布置方式,板簧叶片截面选用矩形截面,端部采用梯形(片端切角)结构;主片采用最为常见的上卷耳形式,第二片不采用包耳的形式;吊耳和弹簧销结构上采用自润滑式弹簧销结构,中心螺栓直径设计为8mm。对悬架系统进行了数字化设计,确定了悬架系统的关键零部件的结构,进行车架及悬架的装配形式。前后悬架偏频分别选定为1.3Hz、1.5Hz,非簧载质量设定为104kg,满载弧高为15mm,总片数为3片,前板簧片宽45mm,后板簧宽度66mm,厚度均为5mm;前后第1、2、3片板簧的长度分别为560mm、395mm和230mm。校核了钢板弹簧的强度和刚度等指标,紧急制动工况时,前悬架板簧最大应力σmax为802.6MPa<1000MPa;启动工况时,后悬架钢板弹簧最大应力σmax为890.6MPa<1000MPa,结果表明符合项目的预期指标。
钢梁—型钢混凝土柱节点的力学性能研究及有限元分析
这是一篇关于型钢混凝土组合结构,节点,有限元,粘结滑移,非线性的论文, 主要内容为型钢混凝土组合结构越来越多的应用于高层、超高层的建筑结构中,但是目前对其进行的研究还不够深入,使用也不够规范,特别是缺乏对钢梁和型钢混凝土柱组合结构的研究。这样就不利于此种结构在大跨度结构中的使用,因此,需要我们来进一步的了解和分析。本文使用有限元软件ANSYS对钢梁—型钢混凝土柱节点的力学性能进行了非线性力学分析和研究。 在选定好单元类型及各种参数之后,本文采用分离式建模。根据研究内容共建立了6个试件,分别对其进行了非线性分析,计算结果均收敛,节点为剪切破坏,得出其应力云图。讨论了腹板屈服时、节点破坏时,型钢腹板与核心区混凝土的受力情况,对其破坏的过程和受力机理进行了详细的阐述。 为了更好的了解组合结构节点的受力特点,分析了混凝土保护层厚度、混凝土强度等级、节点区箍筋、节点区的翼缘框对节点受力性能的影响。通过分析得出:节点的承载力和抗剪能力都随着混凝土等级的提高而提高;节点屈服之前,节点区抗剪以混凝土为主,达到极限阶段,节点抗剪以型钢腹板为主;节点区配置一定的箍筋,有利于节点变形能力的提高,能够增强型钢与混凝土之间的变形协调能力;节点区翼缘框的存在,能很好的约束核心区的混凝土,构成“钢框架—剪力墙”的受力体系,提高了节点的承载力,增大了节点的延性性能。对模型SRCN-4节点在轴压比为0、0.25、0.4、0.55的情况下进行了分析,得出了轴压比对节点的刚度和抗开裂性能都有利的结论。在模型SRCN-1和SRCN-4的型钢与混凝土之间引入双弹簧单元,考虑型钢与混凝土的粘结滑移对节点受力的影响。在考虑粘结滑移以后,节点的刚度降低,延性增大,屈服荷载和极限荷载都有所减小,而屈服位移和极限位移都有所增大。
线性压缩机共振弹簧系统设计与优化
这是一篇关于线性压缩机,柔性板弹簧,型线优化,有限元,响应面优化的论文, 主要内容为为提高动圈式线性压缩机的工作性能、实现压缩机整机轻量化,本文针对弹簧系统组件进行设计和优化,以保证弹簧系统在满足刚度和寿命要求的前提下拥有最小的体积和质量。为此,本文的主要研究内容如下:(1)为研究弹簧系统的工作环境与作用,首先对动圈式线性压缩机的工作原理进行了阐述,并对弹簧振动系统的力平衡和电压平衡方程进行了分析,介绍了弹簧组的安装方式,并对间隙密封影响因素进行了分析,为实现弹簧系统共振,通过线性压缩机相关参数确定了弹簧组的设计刚度。(2)就单个板弹簧的不均匀厚度及过渡型线对其性能的影响进行了研究,设计了包括0.5mm厚度板弹簧在内的五种厚度尺寸,过渡型线分别采用凸圆弧、凹圆弧和直线共13种板弹簧,并对比各个板弹簧的刚度、应力及疲劳特性,发现厚度不均匀程度和过渡型线对板弹簧各性能均有一定的影响。(3)设计了两种涡旋板弹簧,即阿基米德螺线板弹簧和圆渐开线板弹簧,分析对比了各个型线尺寸参数对两板弹簧性能的影响,并通过响应面优化方法得到了一组刚度性能较好的板弹簧,进一步对其端孔型线进行设计与优化,降低了应力集中。对优化后板弹簧的刚度、应力、应变及疲劳特性进行了分析,并与初始板弹簧进行了对比,得出优化后的板弹簧疲劳寿命满足设计要求,且刚度性能提升显著,并通过实验验证了仿真结果的可靠性。而后对比了优化前后板弹簧的频率特性,得出优化后的板弹簧各阶频率均大于初始板弹簧,频率数据可为压缩机的运行频率提供依据。(4)将优化后的板弹簧组装成弹簧组,通过计算弹簧组刚度与弹簧片数的关系,确定了弹簧组由3片板弹簧组成。以各板弹簧的间距为参数,对弹簧组进行参数化建模,并进行优化,得到了刚度性能较好,体积重量较小的弹簧组。通过对比优化前后弹簧组的刚度、频率和动态径向刚度特性,得出优化后的弹簧组能提供合适的轴向刚度,较高且稳定的径向刚度,更容易实现弹簧系统共振,且体积减小了43.5%,重量减小了28.4%。将优化后的弹簧组应用在线性压缩机中,进行了共振频率测试,结果反映,压缩机的实际共振频率接近理论设计值。该论文有图65幅,表7个,参考文献69篇。
空气弹弹簧力学特性及对车辆系统的影响研究
这是一篇关于空气弹簧,动力学,有限元,刚度的论文, 主要内容为随着我国高速铁路技术的迅速发展,安全、高速、准时、舒适成为我们追求的目标,车辆运行振动问题也成为学者研究的重点。车辆高速行驶过程中会受到轨道不平顺的激励,导致车辆以及部件产生垂向振动和横向振动。空气弹簧是车辆整个减振系统中的重要元件,主要优势体现在高度可调节、能够提供较大阻尼、大变位、刚度成非线性等特点。研究空气弹簧参数对车辆动力学影响可以为空气弹簧改良和提高车辆运行品质提供参考,具有很大的现实意义。首先采用限元软件ABAQUS建立空气弹簧有限元模型,研究车辆二系悬挂空气弹簧自身的力学性能,得到空气弹簧位移-荷载响应曲线和内部应力云图,根据所得响应曲线数据计算空气弹簧的静刚度、动刚度,研究空气弹簧参数对自身力学性能影响。其次在多体动力学软件UM中建立车体、构架、轮对、一系列减振悬挂系统、二系减振悬挂系统、轨道等部件的动力学模型,研究空气弹簧刚度、阻尼等参数改变对车辆动力学影响。最后本文综合对比分析了空气弹簧不同刚度、不同节流孔直径对于车辆通过曲线动力学性能影响,研究结果表明:空气弹簧力学性能分析:空气弹簧垂向位移与载荷近似呈正比,垂向刚度随着帘线角度减少而减少,横向刚度随着帘线角度增大而减小。空气弹簧横向刚度随着帘线层数的增多而增大,帘线层数对垂向刚度影响较小。空气弹簧横向刚度随着帘线角度减小而减小,橡胶囊内部压力小于0.15Mpa时横向变形比较明显,当橡胶囊内部压力越高越不容易产生横向形变,但是如果内部压强过大也会导致空气弹簧横向性能变差。空气弹簧动力学分析:空气弹簧横向刚度对于车辆横向稳定性Sperling指标影响较小,空气弹簧刚度激增会造成车辆横向加速度和横向位移均产生突变,刚度激增对垂向平稳性影响较小,车辆垂向稳定性指标随着空气弹簧垂向刚度的增加而增加。空气弹簧刚度增加导致轮重减载率、蠕滑力增加。车辆通过曲线时增大刚度会让脱轨系数、轮重减载率都增大。空气弹簧频率比η为1时车辆系统产生共振,调节阻尼无作用;当η(27)2时,阻尼越小振动越强烈;当η(29)2时,阻尼越大振动越强烈,过高的阻尼反而会加剧振动。振动加速度放大倍数跟着频率比增大而减小,当激振频率增大后高阻尼对振动的缓冲作用下降,低阻尼反而得到更好的减振效果。空气弹簧节流孔设置在18mm-22mm可以得到较好的稳定性和舒适性。在空气弹簧失效工况下,车辆临界速度大幅降低,严重影响车辆的运行稳定性。低速范围内应急橡胶堆的黏着力可以抑制构架的摇头作用,随着速度提高黏着力不足以抑制构架的摇头,导致轮轴横向作用力、轮重减载率、脱轨系数增加,乘坐舒适度恶化,接触面开始出现滑移现象。失效工况应将速度控制在120km/h以下,可以得到空气弹簧失效工况下较安全的动力学性能。
基于Revit的框架结构有限元分析及健康监测
这是一篇关于BIM,有限元,框架结构,结构分析,健康监测的论文, 主要内容为随着中国城市化进程快速推进,建筑结构的技术、设计和施工正迅速发展。然而,建筑结构的安全风险逐渐显现,因此对建筑结构进行健康诊断和持续监测变得重要。在这一背景下,将BIM技术和有限元技术融合在结构健康监测中具有重要意义。BIM技术可以提供建筑结构的数字化表示,而有限元技术则可以在BIM模型上进行精确的结构分析,从而实现对结构的全面监测和分析,提高监测效率和可靠性,有助于及早发现和解决潜在的安全问题,确保建筑结构的安全性,为建筑领域的发展和城市化进程提供支持。本文将基于如何将BIM技术和有限元技术有效地融入到结构健康监测设计中的问题进行研究。首先通过概括BIM技术和有限元技术在结构健康监测领域的作用,阐明了研究目的和意义。接着对BIM技术在结构健康监测方面的国内外研究状况进行了综述,强调了BIM技术与有限元技术在该领域的重要性。在深入了解BIM技术的特点、概念和应用价值后,详细阐述了Revit软件二次开发模块的使用流程,并依据有限元的具体操作流程,以及相关规范,设计了Revit API接口程序,实现了Revit模型转换至ANSYS中。接着利用已开发的程序将Revit中的工程实例转入有限元分析软件进行静力分析和动力时程分析。最后设计了包含传感器模块、数据传输模块、结构损伤评估模块和可视化预警模块的健康监测系统。在传感器模块中说明了使用砷烯作为传感器敏感材料的优势和可行性;在结构损伤评估模块中,设计了结构损伤评估指标,并基于有限元分析结果对评估网络进行训练,最后使用Dynamo根据损伤数据进行可视化预警。从而弥补了BIM技术和有限元技术在结构健康监测设计方面的不足。BIM和有限元技术的整合,以及健康监测系统的设计,可以提高结构健康监测的准确性和效率,从而使结构的损伤评估和预警更加有效和及时。本文的研究结果对BIM技术和有限元技术在结构健康监测设计中的进一步研究和实际应用具有积极意义。
基于EMLAB的后处理研究与软件验证
这是一篇关于计算电磁,有限元,天线,滤波器,雷达散射截面的论文, 主要内容为工业软件是一个国家工业发展的结晶,它是数理理论、计算机技术、工程实践等众多学科的结合,需要足够的技术积累与工程经验才能研发出成熟的产品。作为电子信息产业链中上游的电磁软件,通过它的仿真模拟,可以减少研发成本,缩短研发周期,指导完成一系列的设计与生产。目前主流的电磁仿真软件依然被欧美国家所垄断,反观国产电磁软件,市场占有率却极低,这里有主观的原因,也有客观的原因。近些年,随着一系列制裁、卡脖子等问题的出现,国家也越来越意识到工业软件是国家发展的重中之重,开发出一款完全自主化的电磁软件,其重要性不言而喻。电子科技大学计算机仿真技术研究院经过多年的技术积累,基于C++现已开发出一款比较成熟的电磁软件EMLAB,其包含成熟的前后处理以及相应的求解器,能够基本复现主流电磁软件中所有主要的功能;同时团队在开发的过程中,在一些成熟算法(包括计算电磁算法、矩阵求解算法等)的基础上,也做了一些优化与创新。对于电磁软件的开发来说,主要分为开发模块与应用模块。开发层面主要聚焦于代码算法层面,关注于软件的内核,电磁软件的应用模块要求基于自主开发出的电磁软件,通过解决实际应用场景下的各类电磁问题,不断地找出软件的Bug以及没有实现的功能或者不完善的功能模块,及时向开发者反馈以更新迭代,提升其解决电磁问题的能力。电磁软件的应用模块与开发模块相辅相成,共同完成软件的更新迭代。对于应用模块来说,需要熟悉各类电磁问题,总体来说,要求对以下几个方面进行掌握:1.整个电磁软件的框架以及相关求解器的内核;2.熟悉基本无源器件的设计及其指标参数的物理意义,按照团队自主开发的软件架构,通常可分为传输问题、辐射问题以及散射问题。传输问题包括滤波器、功分器、耦合器、信号完整性等;辐射问题包括天线设计;散射问题主要有雷达散射截面RCS(Radar Cross Section)等。本文的工作内容主要包括两个模块,即开发模块与应用模块。开发模块的工作主要是部分后处理参数实现方法的研究及其开发,包括传输问题中群时延实现方法的研究及其开发;辐射问题中方向性系数分量实现方法的研究,极化比及其分量实现方法的研究;散射问题RCS实现方法的研究,并将这些后处理参数集成到该电磁仿真软件中,经过大量的算例验证,验证了其求解精度,确保其在解决实际电磁问题中的工程实用价值。应用模块主要基于EMLAB独立解决实际的电磁问题,本文的内容主要包括无源器件的设计以及目标散射特性的研究。第一,结合5G关键技术中的MIMO技术,基于EMLAB设计一款微带型超宽带MIMO天线,从单个天线单元参数化建模、添加激励,添加边界条件,到参数扫描优化,再到两个天线单元进行组阵,最后设计出一款两端口的新型超宽带MIMO天线。第二,基于EMLAB进行滤波器的设计,在整个设计过程中,用EMLAB的本征求解器进行滤波器单腔结构的仿真以及耦合结构的设计,再用其中模式驱动求解器Driven Model设计滤波器的馈电结构,最后进行滤波器整腔的仿真优化,计出一款微带发夹型滤波器和一款腔体滤波器。第三,基于EMLAB研究目标的散射特性,在与某研究所合作的项目中,结合了多种吸波材料的涂敷方案,降低飞机发动机尾喷管等目标的RCS,因为保密原因无法展示其模型与仿真数据,所以用一个方形腔体来代替,研究方腔的散射特性以及其表面吸波材料的涂覆方案。应用模块还包括建立EMLAB配套的标准模型算例库,因为在电磁软件的迭代过程中,算例的验证极其重要,只有经过大量的算例验证,才能开发出稳定、高效的电磁软件。算例库应该覆盖软件求解器的每个模块,涵盖各种微波无源器件;算例库分为三个模块即传输、辐射与散射问题的应用;目前自主设计的传输模块有微带型滤波器、腔体滤波器;辐射有微带超宽带MIMO天线、八木天线、单极子天线;散射模块有基于吸波材料、频率选择表面设计的腔体散射等算例模型。
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