百兆牛级多功能试验系统结构力学性能研究

发布时间：2017-09-30 01:13

  本文关键词：百兆牛级多功能试验系统结构力学性能研究

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【摘要】：长期以来，试验机作为非常重要的一类科学仪器，由于其起着诸多不可替代的作用，而被广泛地应用于冶金、机械、建筑、交通、航天、航空等领域。 如今，试验机的发展趋势之一就是迅速向超大吨位发展，而且功能越来越多元化，这就对技术人员提出了新的要求，保证产品质量的同时，尽量降低成本。鉴于实验条件和成本限制，对其进行有限元分析计算是十分必要的。 本课题从百兆牛级多功能试验系统入手，对其及附属部件进行了辅助建模与一系列分析计算，并针对所用分析方法的正确性进行了实验验证。 首先，利用有限元分析软件对初始模型及零部件进行分析计算，针对结构设计不合理的地方提出改进意见，如底座、动横梁结构的改变，筋板的添加，立柱板厚的优化等。保证结构的各种技术参数均符合设计要求。 其次，利用网格划分软件HYPERMESH建立改进后的百兆牛级多功能试验系统的有限元模型，并利用有限元分析软件ANSYS对该系统进行非线性静力分析计算。通过对不同工况下的立柱与动横梁的夹紧状态进行判断，得出二者连接紧密牢靠，弹性夹持结构设计合理，试验系统结构设计安全可靠。同时，对该系统进行了模态的分析计算，得到了其前六阶固有频率和振型，整机固有频率远离试验过程中所加最大交变载荷，不会发生共振。 再次，对系统的核心部件工作台进行了运动学与动力学分析，并对细长杆举升油缸活塞杆进行了压杆失稳分析。通过对工作台的运动学分析，得出其空间设计满足运动要求；连杆最短长度，X、Y向活塞长度变化为部件的选型提供了依据；试件突然断裂，在不采取任何措施时，系统为无阻尼或者欠阻尼，工作台会有振动产生，通过设置阻尼器，可使工作台不产生振动；试件突然断裂引发试件跌落至工作台造成的冲击力，可以不予考虑；举升油缸活塞杆设计安全可靠，不会出现压杆失稳。 最后，对有限元分析计算所用临界夹紧力计算方法的正确性进行了实验验证。验证了临界夹紧力计算方法的正确性，，为后续临界力的判定提供了重要依据。 本课题研制了一套弹性锁紧装置，用于实现动横梁与立柱的锁紧与松开，同时满足空间无极可调；分析试件断裂等非正常情况出现时对机器造成的危害，给出应对办法；提出了一种临界夹紧力计算方法，并将其应用到试验系统的计算当中，最终形成了一套系统的基于ANSYS的试验机计算方法，为其他型号试验机的设计提供了理论依据。
【关键词】：试验机 有限元 弹性夹持 临界夹紧力
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH87
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 课题的内容和任务14-15
• 1.3.1 课题来源14-15
• 1.3.2 主要技术要求15
• 1.3.3 主要研究内容15
• 1.4 课题的技术难点与创新点15-18
• 1.4.1 技术难点15-16
• 1.4.2 创新点16-18
• 第2章 百兆牛级多功能试验系统结构设计18-28
• 2.1 技术方案概述18-19
• 2.2 系统组成与总体布局19-21
• 2.2.1 百兆牛级多功能试验系统平面布局19-20
• 2.2.2 百兆牛级多功能试验系统垂向布局20-21
• 2.3 基本参数21-22
• 2.3.1 基本功能与性能指标21-22
• 2.3.2 可承担的试验项目内容22
• 2.4 弹性夹持、液压锁紧结构与技术原理22-27
• 2.4.1 夹持与锁紧布局23-24
• 2.4.2 动横梁升降油缸24-25
• 2.4.3 夹紧油缸工作原理25-26
• 2.4.4 夹持与锁紧原理26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 百兆牛级多功能试验系统有限元分析28-48
• 3.1 有限单元法简介28
• 3.2 临界夹紧力计算方法28-29
• 3.3 有限元分析内容及目的29
• 3.4 有限元模型的建立29-37
• 3.4.1 几何模型的简化29-31
• 3.4.2 材料属性的定义31-32
• 3.4.3 单元的选择32
• 3.4.4 网格的划分32-33
• 3.4.5 约束及载荷33-37
• 3.5 静力分析37-46
• 3.5.1 云图显示37-45
• 3.5.2 列表显示45
• 3.5.3 结果分析45-46
• 3.6 本章小结46-48
• 第4章 百兆牛级多功能试验系统模态分析48-52
• 4.1 模态分析研究方法48
• 4.2 模态振型图及振兴表48-50
• 4.3 结果分析50
• 4.4 本章小结50-52
• 第5章 工作台运动学、动力学及举升油缸活塞杆失稳分析52-66
• 5.1 工作台运动学分析52-59
• 5.1.1 水平油缸无连杆解析52-55
• 5.1.2 水平油缸有连杆解析55-57
• 5.1.3 油缸长度变化量57-58
• 5.1.4 分析总结58-59
• 5.2 试件断裂工作台动力学分析59-63
• 5.2.1 试件断裂引起的工作台垂向振动分析60-63
• 5.2.2 试件断裂引发试件跌落至工作台造成冲击63
• 5.3 举升油缸活塞杆压杆失稳分析63-64
• 5.4 本章小结64-66
• 第6章 摩擦系数及临界夹紧力计算方法实验验证66-74
• 6.1 测定摩擦系数实验66-69
• 6.1.1 实验目的66
• 6.1.2 实验方案66-67
• 6.1.3 实验结果67-68
• 6.1.4 结果分析68-69
• 6.2 临界夹紧力计算方法实验69-72
• 6.2.1 实验目的69
• 6.2.2 实验方案69-70
• 6.2.3 实验结果70-71
• 6.2.4 结果分析71-72
• 6.3 本章小结72-74
• 第7章 结论与展望74-76
• 7.1 结论74-75
• 7.2 展望75-76
• 参考文献76-82
• 作者简介82-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 夏利娟,郑靖明,金咸定;工程结构的优化设计方法与应用[J];上海交通大学学报;2002年11期

2 赵树立;;济南试验机制造总公司的产品现状与今后的发展[J];试验技术与试验机;1994年04期

本文编号：945280