摘要：针对现有梯度蜂窝结构的经验式、非连续变梯度等设计方法,无法充分发挥梯度设计对蜂窝结构冲击性能提升效果的问题。基于变密度拓扑优化方法,提出了一种参数化设计的拓扑优化密度映射蜂窝结构,通过改变映射系数、相对密度构建了相应的拓扑优化密度映射蜂窝结构模型。研究了不同冲击速度下,映射系数、相对密度对其面内变形模式、力学响应和能量吸收性能的影响。结果表明,映射系数、相对密度对不同冲击速度下的拓扑优化密度映射蜂窝的面内变形模式具有显著影响,增大映射系数有益于提高其平台应力和比吸能,与相同质量、尺寸的标准蜂窝冲击性能对比结果显示:拓扑优化密度映射蜂窝的峰值应力降低了16.9%、比吸能提高了29.1%。研究表明,将变密度拓扑优化方法引入至梯度蜂窝结构的设计可有效提高其冲击性能。

摘要：为解决中国麦玉豆主产区在利用秸秆促进作物绿色增产增效、保护耕地的同时,轻简化回收多余秸秆促进其资源化利用等问题,基于原茬地免耕精量播种机侧向清秸覆秸原理,设计了一种秸秆比例回收装置,借助秸秆被免耕播种机播前清理具有的机械能使其沿导流板滑移至机械能耗尽,弹齿“顺势”将其抛送至挤压装置进行回收。应用高速摄像技术探明了秸秆侧向抛撒运动规律,通过理论分析确定了影响装置工作性能的关键结构与作业参数及其取值范围,并采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、滚筒转速和弹齿偏角为试验因素,以秸秆回收比率和含杂率为评价指标,实施参数组合优化试验,结果表明:在参数组合为作业速度5.4~7.2 km/h、滚筒转速95 r/min、弹齿偏角49°时,秸秆回收比率大于94%、含杂率小于5%。研究结果为研制原茬地免耕播种秸秆覆盖还田同步比例回收复式作业机提供了理论和技术支持。

摘要：提出了一种胞元相对密度呈梯度分布的非均质蜂窝结构,采用参数化设计方法建立了模型,基于试验和有限元分析,研究了梯度系数和胞元尺寸对梯度密度蜂窝结构在面外压缩条件下变形模式和力学响应的影响,并进一步对梯度密度蜂窝结构的吸能特性进行了优化设计。仿真结果表明,在面外准静态压缩条件下,梯度密度非均质蜂窝结构的变形模式与普通蜂窝相似,梯度系数对初始峰值应力的影响较小,具有一定面内正梯度的蜂窝具有更高的平台应力,结构比吸能随着梯度系数的增大而增大。蜂窝初始峰值应力随胞元尺寸的增大而小幅提高,结构比吸能随胞元尺寸的增大先减小后增大。优化结果表明,优化后的梯度密度蜂窝结构峰值冲击力下降了74.3%,比吸能提升了1.6%。

摘要：等强度梁的优化设计方法是汽车轻量化和性能设计的关键技术之一,开发等强度梁的多截面独立并行优化算法对底盘零部件的高效轻量化设计具有重要意义。基于Abaqus软件二次开发平台,将理论模型与有限元仿真相结合,开发了新型等强度梁多截面独立并行优化算法,该算法在理论上对梁各个截面进行满应力优化设计,并通过有限元仿真对理论力学模型进行连续迭代修正构建等强度梁结构。将开发的多截面独立并行优化算法应用于车桥桥壳的轻量化设计中,结果显示:桥壳降重10.41%,最大应力降低10.64%。随后借助该算法对含多变量的截面形状进行了优化研究,证明了所建多截面独立并行优化算法具有较好的鲁棒性和稳定性,可应用于任意截面形状的等强度梁优化研究。

摘要：针对复合空气悬架导向臂的轻量化问题,受启发于竹子的截面形状、变截面、竹节等结构特征,运用结构仿生的方法设计了仿生导向臂。运用参数敏感性分析方法探明了影响仿生导向臂性能的关键参数,选取对导向臂性能影响较大的肋板和内孔截面参数为设计变量,导向臂总质量与最大变形最小为优化目标开展多目标优化研究,结合熵权TOPSIS-灰色关联分析的多目标决策法确定了Pareto解集中的最优参数方案。结果表明:多目标优化后的仿生导向臂较之原型导向臂在质量减小17.44%的前提下,最大变形降低9.24%、等效应力下降17.33%、一阶预应力约束模态频率上升22.92%,证明了结构仿生设计方法在导向臂轻量化设计上的可行性,为导向臂的结构轻量化设计提供理论依据。

摘要：为提高吸能盒的耐撞性和吸能性,基于结构仿生学原理提取了决定牛角优良耐撞性能的结构特征参数,结合负泊松比结构的吸能特性,设计了一种以正弦曲边负泊松比结构作为填充芯体的仿牛角吸能盒。利用显式非线性有限元法对仿生吸能盒轴向和横向的变形模式及吸能特性进行了仿真分析,并与等壁厚的方形吸能盒、对角吸能盒和对边吸能盒进行了对比。结果表明,在轴向冲击时,仿生吸能盒的变形模式为渐进叠缩稳态变形,吸能能力明显优于方形吸能盒和对角吸能盒,平均载荷分别是方形吸能盒和对角吸能盒的4.7倍和1.9倍;横向冲击时,仿生吸能盒的结构变形形式较其他3种吸能盒稳定,平均载荷分别是方形吸能盒和对角吸能盒的1.8倍和3.9倍。将牛角结构特征和负泊松比结构共同引入汽车吸能盒设计中可有效改善吸能盒的耐撞性能,为汽车吸能元件的设计提供新的思路。

摘要：为探索原茬地播种机种床整备侧向滑切清秸刀齿对机具作业过程中秸秆缠绕度、振动强度、功率消耗和覆秸均匀度的影响,在阐述侧向清秸装置结构和工作原理基础上,对侧向滑切清秸刀齿结构及滑切面工作曲线进行了设计,确定了影响刀齿工作性能的关键结构与工作参数。应用四因素三水平正交试验方法,选取初始半径、起始滑切角、刀轴角速度和机具作业速度为影响因素,以秸秆缠绕度、振动强度、当量功耗和覆秸均匀度为评价指标,对影响机具作业性能的刀齿结构和工作参数组合进行优化分析。结果表明:在初始半径200mm、起始滑切角30°、刀轴角速度42rad/s、机具作业速度7.2km/h条件下,无秸秆缠绕,振动强度为159m/s^2,当量功耗为4.9kW,覆秸均匀度为0.075。对比试验表明,优化后刀齿组合振动强度降低了46.5%,当量功耗降低了29.7%,工作过程中未出现机具堵塞现象。

摘要：针对玉米原茬地免耕播种作业过程中残留玉米根茬和须根导致施肥播种部件堵塞、播种质量降低等问题,该文设计了一种玉米原茬地免耕播种用侧向清茬刀,分析了侧向清茬刀工作与结构参数对根茬清除率、土壤扰动率和功耗的影响。对侧向清茬刀清茬、输送、抛扔等作业过程进行分析,并依此对侧向清茬刀结构及正切刃工作曲线进行设计,确定了影响其作业性能的关键参数。应用三因素三水平正交试验和模糊综合评价方法,选取正切刃折弯角α、正切刃宽度B、清茬刀角速度ω为影响因素,根茬清除率、土壤扰动率、当量功耗为性能指标,对影响作业性能的侧向清茬刀结构和工作参数进行优化。结果表明:在作业速度7.2 km/h条件下,正切刃折弯角0.86 rad、正切刃宽度50 mm、清茬刀角速度52 rad/s时,根茬清除率为94.3%,土壤扰动率为54.3%,当量功耗为3.4 kW,工作过程中未出现堵塞与秸秆缠绕现象。研究结果可为玉米原茬地免耕播种作业提供参考。

摘要：为解决免耕覆秸种植模式下秸秆全量覆盖还田导致的"低温效应"和"生化他感效应",该研究提出一种基于2BMFJ系列免耕播种机的秸秆还田比例调节技术与配套装置,通过理论分析对秸秆还田比例调节装置相关结构参数进行设计,通过高速摄像技术对秸秆抛撒后空间分布规律进行探究,并应用四因素五水平二次回归正交中心组合试验方法,以清秸弹齿偏角、回收口面积、作业速度和田间秸秆覆盖量为试验因素,作业后秸秆还田比例为响应函数,得到各参数组合对秸秆还田比例的影响规律。分别以理想秸秆还田比例50%和70%为例,对试验指标的回归方程进行验证。当参数组合为清秸弹齿偏角21.0°、回收口面积1120.0 cm^2、作业速度5.0 km/h、田间秸秆覆盖量1.1 kg/m^2时,秸秆还田比例为52.3%;当参数组合为清秸弹齿偏角21.0°、回收口面积890.0 cm^2、作业速度8.0 km/h、田间秸秆覆盖量1.1 kg/m^2时,秸秆还田比例为71.9%。该研究实现了秸秆还田比例的参数可调控,可为免耕覆秸种植模式在寒区的推广应用提供技术支撑。

摘要：针对免耕播种作业时沙土和碎秸等飘浮物被气吸式排种器吸入充种室内,导致排种工作部件损坏、排种质量降低等问题,设计了一种柔性清护种机械式大豆精量排种器。对排种器工作过程进行理论分析,确定了影响工作性能的主要结构与工作参数;通过单因素对比试验确定了对排种性能影响最小的护种毛刷材料;采用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、充种倾角、护种距离为试验因素,以合格指数、漏播指数、重播指数和破损指数为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件对试验结果进行方差分析。结果表明:各因素对合格指数的影响显著性由大到小依次为作业速度、护种距离、充种倾角,各因素对漏播指数的影响显著性由大到小依次为护种距离、作业速度、充种倾角,各因素对重播指数的影响显著性由大到小依次为作业速度、充种倾角,护种距离影响不显著,各因素对破损指数的影响显著性由大到小依次为护种距离、作业速度、充种倾角;当作业速度为8~12 km/h、充种倾角70°、护种距离为-1.5 mm时,排种合格指数大于94%、漏播指数小于3%、重播指数小于3%、破损指数小于0.2%,满足免耕大豆高速精量播种作业要求。