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基于HIPS材料3D打印件力学性能分析及应用

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基于HIPS材料3D打印件力学性能分析及应用

作者：王耿杰大连理工大学

学位级别：硕士

增材制造技术是近几年来被广泛关注的一种新型的成型制造技术,国内外众多的科研机构都在聚焦增材制造技术的研究。相较于传统的制造方式,增材制造技术具有无需开发设计模具且生产加工灵活性强的特点,所以它更加适合于制造生产周期短,需... 详细信息

增材制造技术是近几年来被广泛关注的一种新型的成型制造技术,国内外众多的科研机构都在聚焦增材制造技术的研究。相较于传统的制造方式,增材制造技术具有无需开发设计模具且生产加工灵活性强的特点,所以它更加适合于制造生产周期短,需要验证造型的零件。在众多的增材制造技术中,熔融沉积制造(FDM)技术因为其材料方便易得,机器操作简便,零件成型效果好的特点被应用和研究的最为广泛。目前,对于熔融沉积制造技术研究主要涵盖零件成型期间的变形,零件成型参数的选取,零件力学性能的研究和零件本构模型的仿真分析。在众多的研究分析中,针对于熔融沉积制造技术的分析研究主要是理论方面和试验方面。因为通过熔融沉积制造技术制造生产的零件的性能并不稳定且打印试件的质量会有波动,故针对于熔融沉积制造技术与实际的生产应用相结合地研究比较少。为了弥补这一方面的研究内容,本文基于熔融沉积制造技术对HIPS材料进行研究,通过力学性能试验和数据处理选择出最好的力学性能打印参数,并将得到的参数同汽车的进气歧管相结合,设计出满足汽车相关使用工况的汽车进气歧管模型,并通过流体仿真进行数据分析。首先选择打印方向,片层厚度和光栅间隔为加工工艺参数,进行拉伸、压缩和弯曲试验。运用方差分析法分析各个加工工艺参数对于熔融沉积制造技术打印试件力学性能的影响,以及每个工艺参数水平值的选取对于打印试件力学性能的影响程度。其次分析拉伸强度、抗压强度和抗弯强度等试验数据。运用灰色关联分析法分析得到综合力学性能最优的工艺参数组合,得到综合力学性能最优的打印试件,进而确定在一定工艺参数范围内的最优解。再次与传统的热压成型工艺试件相对比,分析两者之间力学性能的差异。制备热压成型相关的模具,通过拉伸试验得到热压成型试样的拉伸强度。将其同熔融沉积制造技术打印试件的拉伸强度相比较,分析两者之间性能的差异及产生差异的原因,以便为以后零件的生产制备做出参考。最后根据已经得到的材料力学性能,设计有关的汽车进气歧管模型,期望可以通过熔融沉积制造技术制备出满足不同工况下内壁承压强度的汽车进气歧管。为了验证设计模型的真实可靠,利用流体力学分析软件模拟不同进出气压差下的进气歧管内部压力承受情况,并同材料的试验结果进行对比。

关键词：增材制造 FDM 力学性能分析灰色关联分析流体仿真分析

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高效垂直输运装置优化设计及力学性能分析

高效垂直输运装置优化设计及力学性能分析

作者：方俊江苏大学

学位级别：硕士

近年来,高层建筑的快速发展促进了人们对垂直交通与运输系统的研究。针对以电梯为代表的传统垂直输送设备所存在的限制,本文提出了一种高效垂直输运装置,具有更高的工作效率和更小的空间占用,或是高层建筑垂直交通与运输系统的一种潜在... 详细信息

近年来,高层建筑的快速发展促进了人们对垂直交通与运输系统的研究。针对以电梯为代表的传统垂直输送设备所存在的限制,本文提出了一种高效垂直输运装置,具有更高的工作效率和更小的空间占用,或是高层建筑垂直交通与运输系统的一种潜在的解决方案。本文在结构设计的基础上,初步分析了该高效垂直输运装置力学性能特性,通过CAE技术和现代优化设计方法,研究了危险工况下装置主要性能指标,并对其主要受力部件进行优化设计研究。首先,阐明了该高效垂直输运装置基本原理,从理论力学的角度结合现有链传动张力公式,初步研究了该装置载荷特点及分布规律,作为后续有限元分析和优化设计的基础。研究认为:最大张力主要由链条自重和外界负载所产生的链条静张力构成;外界负载不变的情况下,载荷分布受链条自重大小影响,整体上呈内侧受力大外侧受力小。借助ANSYS软件对初始模型(以标准传动链CHE80放大50倍)进行有限元数值模拟,分析结果表明:在轴孔铰接部分存在应力集中,最大应力达到237MPa,链条自重是载荷的最主要的部分;变形量为0.1276%,由于载荷分布不均整体呈向外弯曲的趋势;大部分材料的承载性能并未得到充分利用,存在很大的优化设计空间。基于优化设计理论完成高效垂直输运装置结构尺寸的确定。首先进行采样,研究了不同放大倍数下装置最大应力和变形量,并对比各个部件间的差异;其次,根据尺寸、载荷、应力、变形等随放大倍数的变化规律,建立了一种基于ANSYS设计优化模块的传动链放大倍数优化设计方案。优化结果显示:基于CHE80放大19.5倍作为尺寸设计的参考最为合适;根据优化后的载荷分布特点提出优化后模型设计方案,装置自重大幅下降了86.27%;最大应力控制在292MPa,最大变形量小于等于0.105%;链条向外弯曲的趋势得以有效地抑制。最后,对于主要受力部件进行了拓扑优化以进一步实现结构的轻量化。为方便优化的进行,首先研究了各个部件具体的面载荷分布函数,运用数学工具对采样数据进行数据拟合获得了接触压力空间分布函数;基于ANSYS拓扑优化模块分别对外链板和内链节进行拓扑优化。优化结果显示:外链板和内链节及整体质量分别减少了12.95%、10.46%和8.81%;主要性能参数保持稳定,低效单元数显著减少,材料利用率明显提高。

关键词：高效垂直输运装置力学性能分析有限元优化设计拓扑优化

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部分斜拉桥力学性能分析及施工控制研究

部分斜拉桥力学性能分析及施工控制研究

作者：高飞郑州大学

学位级别：硕士

我国随着交通事业的迅速发展,修建了许多大跨度桥梁。斜拉桥在结构性能、经济上和美观上等具有许多优点,现已成为大跨度桥梁的主要桥型之一。部分斜拉桥(又称矮塔斜拉桥)是近年来兴起的一种新型桥梁结构形式,它的特点是塔矮、梁刚、索... 详细信息

我国随着交通事业的迅速发展,修建了许多大跨度桥梁。斜拉桥在结构性能、经济上和美观上等具有许多优点,现已成为大跨度桥梁的主要桥型之一。部分斜拉桥(又称矮塔斜拉桥)是近年来兴起的一种新型桥梁结构形式,它的特点是塔矮、梁刚、索集中布置。就结构特性而言,部分斜拉桥是介于连续梁桥与斜拉桥之间的一种桥型。斜拉桥是多次超静定结构,在桥梁施工过程中,某根斜拉索内力的调整又影响到主梁标高和邻近斜拉索的内力。桥梁线形和内力分布受施工影响很大,过去曾经出现过多起斜拉桥因施工原因造成桥梁线形不和顺甚至发生破坏的情况,这说明为了保证斜拉桥的线形和内力符合设计要求,桥梁施工监控是非常必要的。本文以正在施工的平顶山市开发路湛河一桥——预应力混凝土部分斜拉桥为工程实例,对该桥进行力学性能分析和桥梁施工控制研究。该桥为双跨独塔单索面部分斜拉桥,主桥跨径分别为88m和72m,采用塔、墩、梁固结体系;主梁为三向预应力变截面单箱三室箱型截面;主塔结构桥面以上高22.7m,采用实心矩形截面,顺桥向宽3.4m,横桥向宽2.0m,布置在中央分隔带上;斜拉索为扇形分布,顺桥向集中布置在梁体1/3跨度附近,梁上索距为4m,塔上索距为0.8m,拉索采用双排索,主塔两侧对称布置9对,拉索在塔上通过鞍座两侧对称锚固于箱梁横隔板上。根据平顶山市湛河一桥施工场地条件,桥梁施工采用了移动支架法施工方式。本文根据该桥的结构特点,采用有限元法对桥梁进行离散,主梁采用变截面梁单元进行离散,拉索采用只承受拉力的桁架单元进行模拟,主塔和薄壁墩采用梁单元进行模拟,建立了该部分斜拉桥的有限元计算模型,利用Midas/Civil有限元程序对该桥进行了静力分析、动力分析和稳定分析,对桥梁进行了成桥状态验算,并对该桥梁的施工控制方法作了详细的探讨,最后结合平顶山市湛河一桥施工组织设计,利用Midas/Civil有限元程序对桥梁的施工过程进行了数值仿真模拟分析,研究成果具体应用于湛河一桥的桥梁施工控制工程实践。综合以上工作,本文得出以下结论: 1.该部分斜拉桥主梁弯矩分布比较均匀,但是由于箱梁内部存在大量预应力钢筋和桥面上斜拉索的拉力,使得主梁承受较大的轴力。计算结果表明,桥梁主梁和桥塔所承受的应力值都没有超过桥梁设计规范规定的设计值;拉索计算拉力值都在桥梁设计规范允许值之内,表明该桥梁结构安全。 2.主梁的刚度是影响全桥自振频率和振动特性的主要因素。桥梁动力计算结果表明,该部分斜拉桥的第1阶振型为主跨的竖向振动,第2阶振型为边跨的竖向振动,该桥面内基频小于面外基频,说明该桥主梁刚而索柔,符合部分斜拉桥的结构特性。 3.该部分斜拉桥在成桥运营阶段的第一阶稳定系数为3.94,满足一般斜拉桥稳定性的要求,桥梁前4阶失稳特征均为主梁的面内失稳,说明该桥的面内刚度小于面外刚

关键词：预应力混凝土部分斜拉桥移动支架法施工力学性能分析施工控制

基于神经网络铝基复合材料焊接接头力学性能分析

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电焊机 2014年第11期44卷 103-105,115页

作者：钱和平许昌学院国际教育学院河南许昌461000

基于神经网络理论,结合真空扩散焊接过程中的持续时间、温度和压力等焊接参数的影响,建立了可用于铝基复合材料焊接接头力学性能分析的数学模型。该数学模型的预测结果与实测数据间的最大相对误差、平均相对误差和均方误差指标均满足预... 详细信息

基于神经网络理论,结合真空扩散焊接过程中的持续时间、温度和压力等焊接参数的影响,建立了可用于铝基复合材料焊接接头力学性能分析的数学模型。该数学模型的预测结果与实测数据间的最大相对误差、平均相对误差和均方误差指标均满足预测要求,且模型有较高的精度和较强的容错能力。利用所建立的真空扩散焊接模型进行仿真,可以分析不同的焊接参数对于焊接接头力学性能的影响,为铝基复合材料的力学性能分析提供了有价值的参考。

关键词：神经网络金属复合材料力学性能分析

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陶瓷球和钢混合轴承的典型力学性能分析

轴承 2000年第5期 4-6页

作者：葛世东张建伟刘宏业洛阳轴承研究所河南洛阳471039 邯郸轴承厂河北邯郸056002 洛阳轴承(集团)公司河南洛阳471039

用一个计算实例较详细地分析了用陶瓷球替换钢球后的轴承内部受力的变化情况 ,表明简单地用陶瓷球替换钢球并不一定能延长轴承的使用寿命 ,陶瓷球轴承需要专门的设计才能发挥其优越性。附图 8幅 ,表 1个 ,参考文献 2篇。

关键词：陶瓷球钢制套圈混合轴承力学性能分析

PMMA骨水泥材料制备与力学性能分析——评《复合材料细观结构与力学性能分析》

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化学工程 2023年第1期51卷 I0001-I0001页

作者：田冶石琳冼志峰姚宏派广东食品药品职业学院医疗器械学院广东广州510520

在新的发展背景下,国家大力支持绿色环保可持续的行业发展。对于化学工程领域来说也是如此,所以选择更加环保的生产材料就十分有必要。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种无毒环保的高分子聚合材料,可以制备餐具、卫生用具。具有较为稳定的... 详细信息

在新的发展背景下,国家大力支持绿色环保可持续的行业发展。对于化学工程领域来说也是如此,所以选择更加环保的生产材料就十分有必要。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种无毒环保的高分子聚合材料,可以制备餐具、卫生用具。具有较为稳定的化学性能和加工性,可以在了解其化学结构和物理性质的基础上,按照不同的生产需求,加入其他材料,经过加工,制备成具有特定化学结构的物质,更好地应用于生产加工。在PMMA与其他材料合成制备新材料时需要从其结构和聚合物的物理性质现行推测新生产的共聚物特性是否满足生产要求。

关键词：高分子聚合材料化学工程领域化学性能无毒环保加工性合成制备材料制备力学性能分析

现代有轨电车列车—嵌入式轨道动力学性能分析

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现代有轨电车列车—嵌入式轨道动力学性能分析

作者：李骏鹏石家庄铁道大学

学位级别：硕士

现代有轨电车可以较好的满足城市环保建设和社会可持续发展的基本要求,目前已经在世界范围内取得了广泛认可。现代有轨电车多采用嵌入式轨道结构,以适应城市路面铺设,但国内目前针对嵌入式轨道结构在钢轨固定形式、钢轨类型、轨道结构... 详细信息

现代有轨电车可以较好的满足城市环保建设和社会可持续发展的基本要求,目前已经在世界范围内取得了广泛认可。现代有轨电车多采用嵌入式轨道结构,以适应城市路面铺设,但国内目前针对嵌入式轨道结构在钢轨固定形式、钢轨类型、轨道结构受力等方面展开的研究相对较少,且没有形成系统完整的理论。因此,亟需根据现代有轨电车特点,对嵌入式轨道结构进行动、静力学分析,为其设计建造提供一定的理论依据。论文的主要工作如下:(1)建立了现代有轨电车静、动力学分析模型利用有限元软件Abaqus建立了混行交通地段下嵌入式轨道静力学计算模型,能准确模拟汽车荷载和电车荷载作用下轨道系统的静力学特性;利用多体动力学软件UM(Universal Mechanism)建立了现代有轨电车列车-嵌入式轨道耦合动力学模型。模型充分考虑列车—轨道系统的耦合相互作用,并结合相关文献给出了现代有轨电车的动力学性能评价标准。(2)提出现代有轨电车嵌入式轨道结构填充材料弹性模量合理取值范围考虑混合路权下汽车荷载和电车荷载双重作用下,结合钢轨动力响应,对嵌入式轨道起主要扣压作用的填充材料进行研究。通过分析填充材料自身、沥青面层、钢轨等在不同填充材料弹性模量下的受力与变形,初步确定了填充材料弹性模量在14～16 MPa较为合适。(3)确定适合嵌入式轨道结构的钢轨固定形式与钢轨类型通过对比分析采用填充材料固定和扣件系统固定时的动力特性,从运行安全性与平稳性角度出发,得出填充材料固定钢轨更适合嵌入式轨道结构;通过对比分析59R2槽型轨和60 kg/m工字轨的动力响应,建议嵌入式轨道采用59R2槽型轨更为合适。(4)研究小半径曲线段有轨电车通过性能对比分析不同轨距加宽和电车通过速度下的动力学特性,为了尽可能提高电车通过半径为30 m的小半径曲线段速度,在保障电车运行安全性和平稳性的前提下,建议电车通过速度选择20 km/h,轨距加宽15 mm。

关键词：现代有轨电车嵌入式轨道力学性能分析参数优化曲线段

大型风力机塔架的仿生学设计及其力学性能分析

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大型风力机塔架的仿生学设计及其力学性能分析

作者：王群旺兰州理工大学

学位级别：硕士

塔架作为风力发电机的关键性承力部件对风力机组的稳定运行至关重要。风力机的大型化、高耸化发展趋势对塔架的力学性能提出了更高的要求。仿生学概念下的植物多体系统可为塔架的结构设计提供借鉴。本文基于对塔架研究现状的全面认识,... 详细信息

塔架作为风力发电机的关键性承力部件对风力机组的稳定运行至关重要。风力机的大型化、高耸化发展趋势对塔架的力学性能提出了更高的要求。仿生学概念下的植物多体系统可为塔架的结构设计提供借鉴。本文基于对塔架研究现状的全面认识,以现存问题及未来发展为导向,引入仿生设计理论,通过对仿生设计方法的系统研究及应用,提出仿竹型塔架结构,利用有限元方法对该型塔架的静动态特性及稳定性进行了分析。具体的研究内容情况及得到的主要研究结论如下:1)提出了结构仿生设计理论在塔架结构仿生设计中的应用方法,建立了基于竹子节状结构的仿生塔架模型。在研究总结相似理论和系统综合评价技术的基础上,提出了结构仿生设计的具体方法和一般设计流程并应用在塔架结构仿生设计。选择竹子为生物原型,从结构、功能、载荷及约束三个方面对塔架与竹子的相似度进行计算,验证了生物选型的合理性。分析提取竹子的节状特征结构用于塔架设计,提出了具有5个加强节的仿生塔架并建立了塔架的几何模型。2)建立了原型塔架及仿生塔架的有限元模型并对其静动态响应特性进行分析,验证了仿生塔架静动态性能的提升作用。ANSYS分析结果显示:仿生塔架的顶端位移较原型塔架减小了4.75%,仿生塔架的刚度得到提高;仿生塔架的应力分布较原型塔架更加平缓且最大应力在加强节上,仿生塔架的应力分布得到改善;塔架的固有频率在合理区间,不会引起共振,仿生塔架的固有频率较原型塔架有所增大,且高阶增量大于低阶增量,仿生塔架的振动特性得到提升。3)提出了塔架的线性及非线性屈曲稳定性分析计算方法,从线性与非线性两个方面分析了原型塔架与仿生塔架的屈曲稳定性。结果表明:两种分析模式下仿生塔架的失稳临界载荷均大于原型塔架的临界载荷,仿生塔架的稳定性得到增强;一阶线性屈曲分析的临界载荷大于非线性屈曲分析的临界载荷,非线性屈曲分析的结果更加精确。研究表明,利用结构仿生设计理论对塔架进行仿生设计方法科学,结果合理,可为塔架结构设计提供理论参考依据。同时,对于结构仿生设计过程中生物原型和设计目标之间的设计标准对接问题和仿生塔架的结构优化问题还需要进一步研究。

关键词：塔架仿生学结构仿生设计力学性能分析

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某关键安全控制设备力学性能分析与减振设计

某关键安全控制设备力学性能分析与减振设计

作者：陈竹宁国防科学技术大学

学位级别：硕士

安全控制设备是导弹安全控制系统的重要组成部分，如其振动响应过大则会致使继电器发出错误信号，影响安全控制系统的正常工作。本文以安全控制设备的振动环境为研究对象，从有限元和试验两个方面研究某关键安全控制设备的力学性能，并... 详细信息

安全控制设备是导弹安全控制系统的重要组成部分，如其振动响应过大则会致使继电器发出错误信号，影响安全控制系统的正常工作。本文以安全控制设备的振动环境为研究对象，从有限元和试验两个方面研究某关键安全控制设备的力学性能，并进行减振方案设计。主要内容如下：首先进行某关键安全控制设备的结构设计，主要设计了安全控制设备的箱体、控制板组合、继电器组件、底板组合等组件。其中，为了降低继电器的振动响应，分别设计了箱体和继电器支架结构的备选方案。然后建立了安全控制设备的有限元模型，计算得到了飞行过载工况下结构的静力学响应，对比分析了各种备选方案的应力分布，并以最大应力为指标对各优选方案进行排序以便进行优选。接着进行了安全控制设备结构的模态分析和频率响应分析，分别得到了安全控制设备的固有频率和频响函数。获得了继电器安装位置的单频放大系数，分析表明关键位置处的放大系数较大，需要进行必要的减振。进而采用随机响应分析方法，分别基于刚度和阻尼两个方面进行了减振方案设计，分析结果表明非金属阻尼减振装置能够较好的降低结构响应，确定了安全控制设备的减振方案。最后，按照本文设计的安全控制设备结构方案加工产品，然后进行地面随机振动试验，试验结果表明产品满足导弹振动环境要求，有限元分析结果与试验结果相吻合。综上，本文完成了某关键安全控制设备的结构设计、力学性能分析和减振设计，优选出满足强度和刚度的结构方案，并进行地面试验验证了该结构方案的正确性，为工程应用提供了参考。

关键词：安全控制设备力学性能分析减振设计随机振动试验