作者：杨瑞峰1,2, 刘志凯1,2, 郭晨霞1,2, 张鹏1,2
作者单位：1. 中北大学仪器与电子学院, 山西 太原 030051;
2. 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
关键词：电动负载模拟器;弹性杆;结构优化设计;模态分析;疲劳寿命分析
摘要：
为提高电动负载模拟器中弹性杆的性能,对其进行结构优化与有限元分析。根据扭转强度条件,确定弹性杆的最小直径;根据电动负载模拟器的加载梯度,对弹性杆的长度进行优化设计;以减小弹性杆所受应力为原则,运用零阶优化算法对过渡圆角半径进行优化设计,得到最优解。利用ansys软件对弹性杆进行模态和疲劳寿命的有限元分析,仿真结果表明弹性杆的固有频率和疲劳寿命满足电动负载模拟器的使用要求。研究结果对弹性杆在电动负载模拟器中充分发挥作用以及进一步的优化设计具有指导意义。
load simulator elastic rod structure optimization and finite element analysis
yang ruifeng1,2, liu zhikai1,2, guo chenxia1,2, zhang peng1,2
1. school of instrument and electronics, north university of china, taiyuan 030051, china;
2. key laboratory of instrumentation science & dynamic measurement, ministry of education, north university of china, taiyuan 030051, china
abstract: for elastic rod used in the electric load simulator,in order to improve its performance,its structure was optimized and analyzed in finite element method.according to the torsional strength conditions, the minimum diameter electric rod was determined. the length design of the electric rod was optimized with the load gradient of load simulator. to reduce the stress of the electric rod, the zero-order optimization was used for the optimization and optimal solution was obtained. the ansys software was used for finite element analysis of the elastic rod modal and fatigue life analysis.simulation results show that the natural frequency of the elastic rod and fatigue life meet the electric load simulator requirements.the results of elastic rod in the electric load simulator plays a role and has guiding significance in further optimized design.
keywords: electric load simulator;elastic rod;optimized structural design;modal analysis;fatigue life analysis
2016, 42(5): 119-123 收稿日期: 2015-12-21;收到修改稿日期: 2016-02-01
基金项目: 国家自然科学基金项目(51375462);国家国际科技合作项目(2014dfr70650);高等学校博士学科点专项科研项目(20121420110003)
作者简介: 杨瑞峰(1969-),男,山西忻州市人,教授,博士生导师,研究方向为自动化测试与控制技术。
参考文献
[1] 韩业红. 舵机电动力矩加载台控制系统设计与仿真[d].西安:西北工业大学,2005.
[2] 方强. 被动式力矩伺服控制系统设计方法及应用研究[d].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006.
[3] 李成功,勒红涛,焦宗夏. 电动负载模拟器多余力矩产生机理及抑制[j]. 北京航空航天大学学报,2006,32(2):205-206.
[4] 王鑫,冯冬竹. 引入弹簧杆的电动负载模拟器实验研究[j].电机与控制学报,2012,16(9):91-94.
[5] 李有堂,于立群. 扭转条件下过渡圆角半径及径比对圆周疲劳寿命的影响[j]. 兰州理工大学学报,2008,34(5):32-35.
[6] 符文星,朱苏朋,孙力. 弹性杆刚度对电动负载模拟器的性能影响研究[j]. 弹箭与制导学报,2009,29(2):286-288.
[7] 钟海峰,和钦象,祖磊. 基于ansys的纤维缠绕复合材料传动轴的优化[j]. 玻璃钢/复合材料,2015(3):20-25.
[8] 陈然,曹咏弘,孙华东. 基于ansys的内燃机曲轴的模态分析[j]. 煤炭工程,2015,47(4):108-113.
[9] 段红燕,李有堂,田利. 扭转条件下40cr的超低周疲劳断裂研究[j]. 材料热处理技术,2008,37(22):26-27.
[10] 张亚军. s-n疲劳曲线的数学表达式处理方法探讨[j]. 理化检验-物理分册,2007,43(11):563-565.
