涂层性能检测冲击试验机的设计与研究

发布时间：2020-11-05 02:16

　　 本文设计研究一种新型试验机用来检测金属基体或其他材料上的涂层在瞬间冲击载荷作用下的抗冲击性能。本文所研究的试验机是以运载机顺利降落到船舶上时,固定在运载机尾部的吊钩勾住钢索的一瞬间,阻拦钩对飞行甲板上涂层的冲击力为研究基础,对降落过程建立力学模型并进行分析,数值求解出发生碰撞时所产生的冲击力。根据冲击力的方向和范围确定试验机主要元件的基本参数,并根据动力学方程得出摆杆系统的提升高度与所确定参数间的关系式。建立试验台受到冲击力时的振动力学方程,确定其的共振特性,同时还对试验机的柔性支撑纵、横向刚度进行理论分析,确定刚度的取值。首先,结合所设计的试验机的工作原理、工作方式以及已确定的元件参数,分别对减速箱、电机、离合器、刹车器、轴承等进行计算、设计和选型,并利用Pro/E三维绘图软件绘制出所设计的冲击试验机各部分元件,并建立出完整的三维模型。同时利用MATLAB软件对建立的数学模型进行数值求解,分析出发生碰撞时的冲量与碰撞夹角、试验件的摩擦系数、摆锤与摆杆的质量、摆杆系统的总长度等参数之间的关系曲线。其次,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对所研究的检测系统的关键零部件进行静态分析,分析摆杆系统与试验件发生瞬间碰撞时,受力部件的总体变形图和等效应力应变图,并分析受力部件在各个方向的等效应力应变图,并对分析结果进行评价,所得的评价结果可以作为以后检测系统改进时的凭据基础。为了防止所设计的冲击试验机在进行抗冲击性能测试时发生共振,本文利用ANSYS Workbench中的modal模块对所设计的冲击试验机的机架部分进行了模态分析,并截取对机架部分、缓冲系统影响最严重的前十阶分析结果,对比各阶主振型的最大变形量,并对分析结果进行分析评价,保证机架在工作过程中的安全可靠性。再次,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对所研究的检测系统缓冲部分的柔性支撑进行分析,得出其总体变形、等效应力应变和安全系数云图。分析结果表明,由于根据设计尺寸得出的安全因子系数,安全性能较低,需要对圆柱螺旋弹簧的簧丝直径进行优化,提高其的安全系数。最后,利用ADAMS软件分析出所设计冲击试验机的摆杆系统在不同提升角度下自由下摆时试验台在X、Y方向所受的最大冲击力。将分析出的冲击力对比之前进行理论分析得出的冲击力,发现在不同方向所受到的冲击力误差均在5%之内,验证了理论分析的正确性。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH879
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 飞行甲板涂层的概况
    1.3 冲击试验机的概况
        1.3.1 冲击试验机的简介
        1.3.2 国内外冲击试验机的研究现状
    1.4 本文研究的主要意义及内容
        1.4.1 主要的研究意义
        1.4.2 主要的研究内容
    1.5 本章小结
2 冲击试验机的动力学建模与分析
    2.1 运载机冲击过程中的动力学分析
    2.2 简化系统的拉格朗日方程
    2.3 试验机撞击试验件时的冲击速度
    2.4 柔性支撑的刚度分析
    2.5 本章小结
3 试验机主要零部件的设计与选择
    3.1 设计要求及技术指标
    3.2 试验机的设计方案
    3.3 试验机的工作原理
    3.4 总体结构的设计
        3.4.1 电机的选择
        3.4.2 离合器的选择
        3.4.3 刹车系统的选择
        3.4.4 轴承的选择
    3.5 影响冲击力的参数分析
    3.6 本章小结
4 试验机关键零部件的有限元分析
    4.1 ANSYS分析软件分析原理
    4.2 试验台的有限元分析
    4.3 轴承座的有限元分析
    4.4 摆杆系统的有限元分析
    4.5 检测系统振动分析
        4.5.1 机架的主振型分析
        4.5.2 缓冲系统的主振型分析
    4.6 本章小结
5 试验台柔性支撑的优化及摆杆系统的动力学仿真
    5.1 材料的周期疲劳
    5.2 圆柱螺旋弹簧的有限元分析
    5.3 弹簧簧丝直径的优化
    5.4 摆杆系统的ADAMS仿真
    5.5 本章小结
总结与展望
    全文总结
    工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文目录

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王涛;郑相周;孙维方;;中量级强冲击试验机摆锤部分的优化设计[J];机械科学与技术;2016年01期

2 段玥晨;章定国;洪嘉振;;Partition method for impact dynamics of flexible multibody systems based on contact constraint[J];应用数学和力学;2013年11期

3 王旭;李天匀;郑相周;朱翔;;中量级强冲击试验机摆锤的优化设计[J];中国造船;2013年03期

4 李源;李明;袁杰红;;某型圆柱螺旋弹簧设计与疲劳寿命分析[J];计算机辅助工程;2013年S1期

5 王昕;陈海虹;王鹏;訾建平;邹炳福;;基于ADAMS和ANSYS的挖掘机动臂仿真分析[J];矿山机械;2012年08期

6 张积洪;于永智;;基于ADAMS和ANSYS的飞机救援拖车组合连接装置的研究[J];机械设计;2012年06期

7 刘铸永;洪嘉振;刘锦阳;;Complete geometric nonlinear formulation for rigid-flexible coupling dynamics[J];Journal of Central South University of Technology;2009年01期

8 王贡献;褚德英;张磊;沈荣赢;汪玉;;舰船设备冲击试验机研究进展[J];振动与冲击;2007年02期

9 孙占刚;刘慕双;张澎湃;;冲击试验机摆锤的设计与检验[J];机械设计与制造;2006年12期

10 洪刚,张庄,任立志;摆锤试验机冲击吸收功的计算机测量方法[J];物理测试;2005年01期

相关硕士学位论文 前3条

1 颜家福;JB30/15冲击试验机有限元分析及改进研究[D];湖南大学;2012年

2 宋波;转向器摆锤冲击试验机[D];长春理工大学;2010年

3 姜凤鹏;基于ADAMS和ANSYS的贴片机力学分析与结构优化[D];上海交通大学;2008年

本文编号：2870970