下载

1下载券

加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 [5]薄壳变速箱壳体动态响应仿真分析与试验验证

[5]薄壳变速箱壳体动态响应仿真分析与试验验证.pdf

[5]薄壳变速箱壳体动态响应仿真分析与试验验证

lbsc88
2013-08-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《[5]薄壳变速箱壳体动态响应仿真分析与试验验证pdf》,可适用于其他资料领域

年月第卷第期装甲兵工程学院学报JournalofAcademyofArmoredForceEngineeringFeb.Vo.N.文章编号:.()叭一薄壳变速箱壳体动态响应仿真分析与试验验证刘吉林王红岩芮强于华(.装甲兵工程学院机械工程系北京.部队辽宁阜新)摘要:在ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)中搭建薄壳箱体的刚柔耦合虚拟仿真模型进行动态响应仿真分析。在相同试验条件下搭建薄壳箱体动态响应试验台架并进行动态振动试验。利用Q一非接触式测试系统测量台架试验结果。对比仿真分析和试验测量结果验证了仿真分析模型的准确性和计算结果的可靠性。关键词:薄壳箱体动态响应仿真分析非接触测试实验验证中图分类号:TJl.TP.文献标志码:ASimulationAnalysisandExperimentalValidatinfThinGear.boxShellDynamicResponsesLIUJilinWANGHongyanRUIQiang。YUHua(.DepartmentofMechanicalEngineeringAcademyofArmoredForceEngineeringBeijingChina.TroopNo.ofPLAFljxin.China)Abstract:TherigidflexiblecouplingmodelisconstructedandthedynamicresponsesimulationanalysisiscarriedoutinADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems).Inthesametestthetesringbedfordynamicresponseisestablishedanddynamicvibrationexperimentisconducted.ByusingQ一noncontacttestingsystemtheexperimentalresultsontestingbedaremeasured.Throughcomparisonofsimulationanalysisconclusionsandtestingdatatheaccuracyofvirtualsimulationanalysisandthecredibilityofvirtualcomputationresultsareverified.Keywords:thingearboxshelldynamicresponsesimulationanalysisnoncontacttestingexperimentavalidatin传动装置的箱体一般多为薄壳结构。目前先进的传动系统基本实现了动力传动的一体化设计其目的在于保持大功率的同时使传动装置的质量和体积进一步减小。因此越来越多的薄壳箱体被广泛采用。以往对薄壳箱体的研究中一般认为载荷是来自外部的静态载荷或箱体内部齿轮啮合的动态激励。例如文献就对某坦克传动箱在自身内部激励下的刚强度进行了研究。实际上车辆在行驶过程中更多的是受到来自路面不平激励的冲击和振动。这些冲击和振动会转化为随时间不断变化的动收稿日期:一l基金项目:车辆传动国家重点实验室基金资助项目(C)作者简介:刘吉林(一)男硕士研究生.态载荷从而作用到传动系统的薄壳箱体上。因此对传动系统薄壳箱体动态响应特性的研究就具有很重要的现实意义。近年来虚拟样机技术已经越来越多地被应用到机械产品的设计与研制过程中。应用该技术搭建虚拟试验台架不仅减少了设计人员对物理样机的依赖而且节省了物力、财力。但大多的虚拟台架仿真分析都缺少实验验证难以保证仿真分析数据的准确性。笔者在对研究对象进行仿真分析的基础上搭建薄壳箱体的实验测试台架并进行相同实验条件的动态响应分析试验利用非接触测试技术验证装甲兵工程学院学报第卷仿真分析方案的可行性和模型的准确性。结构动态响应分析的基本理论动态响应问题主要是研究结构在动态力作用下的振动问题。工程结构所受到的动态力作用按时间的变化规律一般分为周期载荷、冲击载荷和随机载荷。.结构动态响应分析方程笔者采用有限元法求解结构的动态响应问题。有限元法的基本思想是将连续体或结构划分为许多单元通过一些节点把有限个单元连成集合体代替原来的连续体或结构即把连续体转化为离散模型进行动力学分析。用有限元模型来理想化实际连续体其运动方程可写为如下多自由度系统的运动方程J:MCKU=F()式中:为结构的总质量矩阵K为结构的总刚度矩阵C为结构的阻尼矩阵F为结构的激振力列阵U为结构的位移列阵。式()是求解结构动力问题的理论依据动力响应的求解就是求解系统的运动微分方程。对于式()在给定的初始条件下对其求解的方法大致可分为类:坐标变换法和直接积分法笔者所采用的模态振型叠加法是坐标变换法中最常用的一种。.模态振型叠加法模态振型叠加法的要点是以系统的前q阶特征向量矩阵为变换矩阵。利用特征矢量对质量、刚度和阻尼矩阵的正交性使方程解耦再通过求解解耦后方程得到答案。设已解出系统的前q个特征向量采用瑞利一里兹分析法以这q个特征向量为基矢量将节点位移矢量表示为qU=∑咖(t)=X(t)()l式中:=。咖⋯。X(t)=】(t)z(t)⋯(t)r。将式()代入式()并将两边左乘根据模态正交性得CXAX:P()式中:P=~I~TFA=结构的阻尼矩阵近似取C=diag(OJ)i=⋯q()式中:(【分别为第i阶振型阻尼比和固有频率。此时式()变成完全解耦方程其中每一个方程为(t)∞(t)(t)=P(t)()初始条件为=o(⋯q)()()=J式()中的初值可根据式()由下面关系求出:x(o)=‘Mx(o)=MUoJ..}()能满足初始条件式()的方程()的解可用杜哈米积分表示为(f)=lJP(£)e一一sinw:(一)driJe叶(sinm~tsJnot)()式中:=√一由初始条件()给出。上述积分一般用数值方法求解。将式()得到的(t)(i=⋯q)代回式()得即可求得响应解。薄壳变速箱壳体动态响应模型建立要建立薄壳变速箱壳体的动态响应仿真分析模型需分别建立薄壳变速箱壳体各部分的有限元模型和实验台架的多刚体模型并将其组合成刚柔耦合分析模型。.柔性箱体模型首先建立薄壳箱体的有限元模型。为了保证计算精度和计算速度的要求在进行箱体的有限元建模之前有必要对箱体几何形状做合理的简化。主要有:忽略各处过渡圆角忽略箱体上所有螺栓孔将箱体较厚的局部视为与相邻结构同厚。这些假设既不会对薄壳箱体的质量及刚度产生大的影响又能够确保计算的精度和计算结果的真实。箱体整体的有限元模型如图所示。其中上箱图箱体的有限元模型第期刘吉林等:薄壳变速箱壳体动态响应仿真分析与试验验证体划分个面体单元个节点下箱体划分个面体单元个节点后端盖划分个面体单元个节点。当有限元网格划分完成后还必须对整个网格模型进行检查从而保证计算结果的真实性。如检查自由单元边、重复单元和重复节点。.动态响应仿真分析模型要将已建立的箱体柔性模型和实验台刚体模型进行耦合需首先对箱体各部件有限元模型进行模态计算生成可表征其固有频率特性的模态中性文件。采用模态振型叠加法生成柔性部件的模态中性文件然后将箱体各个部件的模态中性文件导入ADAMS中搭建变速箱箱体动态响应刚柔耦合仿真分析模型如图所示。激图变速箱动态响应仿真分析模型虚拟试验台架的刚柔耦合多体动力学模型由个柔性体和个刚体组成。其中变速箱的上下箱体、右端盖和轴承后尾盖(模型中没能显示出来)为柔性体其余部件为刚体。变速箱的各个部件之间以及变速箱和激振台之间主要靠螺栓进行连接。整个试验台的拓扑结构如图所示。图试验台模型拓扑结构的运动被完全限制。基于这一原因笔者采用一般向力来模拟个部件之间的螺栓连接。如图所示一般向力在力的个分力方向的刚度和阻尼以及个分力矩方向的旋转刚度和旋转阻尼都是可调的所以能更加准确地模拟部件间的螺栓连接关系。图一般向力的各个分量简图非接触式振动场测试技术大变形、大应变场测试系统QOO主要用于对构件和材料进行非接触式三维变形场和应变场的测量分析。用两只CCD(电荷耦合器件)相机对物体表面进行观测。首先测量表面形状用专门的图像相关算法对每个相机记录的图像的对应点予以识别获得物体表面的三维图像。相机的全部内在参数(焦距、焦点、径向和横向畸变)和外部参数(相机位置、物体坐标系统等)均由相机前面加一块校准板来测定多次记录校准板在不同方位的观察图像即可完成校准如图所示。校准参数可在几秒钟内算出。采用这些校准参数就可以用三角测量原理确定物体上每点的三维坐标。如果连续记录的是物体受载荷作用时发生变形后的图像那么就可测量出物体每个表面点的位移及表面的变形场再计算得到表面的应变场。Qoo系统可用于测量在任何载荷如拉伸、压模型中的螺栓模型主要用于连接个部件主要参数有螺栓的连接刚度和螺栓的预紧力。在文特体献中作者用一个平移约束副和一个弹簧的组合来模拟连接的力学特性。这样可以用弹簧来调节螺栓的连接刚度和预紧力但同时沿螺栓径向摄影测绘原理■校准板图非接触振动场测试系统原理装甲兵工程学院学报第卷缩、弯曲、扭转载荷下的三维材料参数及构件的应变场。配高速相机也可测量构件的动态变形和应变用于疲劳研究、断裂力学及许多其他应用。动态响应仿真分析与试验验证.试验工况设置图所示的仿真分析和图所示的试验测试工况设置相同。采取惯性模拟加载的方式测出关注点的位移时间历程曲线。质量块重心与变速箱另一侧端面距离mm质量块参数:长×宽×高为mm×.mmX.mm质量为.kg。在动态响应测试实验中激振器都使激振台产生冲击载荷阶跃信号如图所示行程为mm速度为m/s从高处下落停止。种试验按相同的坐标各取个测试点如图和表所示并依据相同的次序命名各点其编号依次取测点、测点、⋯、测点。图动态响应仿真分析模型及测点分布曼J扛O图动态响应试验测试台架.OlI问s图速度激励信号表动态响应测试点位置分布位置坐标(Xy)位置坐标(xy)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..)点(一..).试验结果对比分析经过数据处理和图像采集通过非接触测试技术得到了在t=.S时变速箱整体动态振动变形场云图如图所示。图变速箱整体动态振动变形场观察图在整个试验过程中薄壳变速箱壳体相当于一个悬臂梁加上惯性质量块的作用在力臂延长杆端位移和变形较大在另一侧的激振台固定端则较小。图O一给出了仿真分析计算结果和非接触试验测试结果的对比情况。根据测得的试验数据仿真分析和非接触试验测试中测点的最大振动幅值都在mm附近在接近激振台的根部箱体的振动和变形均较小测点的最大振动幅值为.mill左右。同时各测点振动持续的时间大致相同测点振动消退的速度要大于测点。由图、可见试验曲线和仿真计算曲线中各测点随时间振动的幅值、频率和减缓趋势均有较强的一致性。将各测点垂直方向随时间振动的位移变化曲线作FFT变换得到位移功率谱密度曲线如图l、l所示。对比试验瞌线和仿真计算曲线峰值的大小和出现的时刻也都能保持一致。综合以上分析变速箱动态响应仿真分析和试验测试结果能够很好的吻合模型和仿真结果都得到了很好的验证。第期刘吉林等:薄壳变速箱壳体动态响应仿真分析与试验验证鲁皇魁l乏稍麓里料图测点垂直方向振动情况对比图测点垂直方向振动位移功率谱密度曲线对比结论笔者建立了某型薄壳变速箱壳体的动态响应刚柔耦合模型并在此基础上对薄壳箱体进行了动态响应的仿真分析。完全按照仿真分析的试验条件搭建了薄壳箱体的动态响应试验测试台架并进了相同条件的动态振动试验。应用非接触式振动场测试系统Qoo对试验进行非接触式测量对比试验结果各个测点垂直方向位移振动曲线、功率谱密度曲线均有较强的一致性验证了仿真分析模型的准确性和计算结果的可靠性。吕g量宝船碍图测点垂直方向振动情况对比图测点垂直方向振动位移功率谱密度曲线对比参考文献:杨帆王红岩尚其刚等.基于虚拟样机技术的坦克传动箱箱体结构强度分析J.装甲兵工程学院学报():.彭铁文.基于CAE技术的运动型多功能车整车结构静态与动态响应分析D.长沙:中南大学.杨伯荣.机械结构分析的有限元法M.武汉:华中理工大学出版社.张义民.机械振动M.北京:清华大学出版社.周于海.基于APDL的甲板吊臂架结构参数化建模及动态响应研究D.武汉:武汉理工大学.王红岩芮强.基于虚拟台架的变速箱箱体动态应力测试及影响因素分析J.装甲兵工程学院学报():.(责任编辑:张瑞清)

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/5

[5]薄壳变速箱壳体动态响应仿真分析与试验验证

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利