3D打印骨支架结构设计及其应力分布研究

骨支架的应力集中会导致结构发生开裂或坍塌,严重影响骨支架的承载能力。应力集中容易发生在孔与孔的连接处,因此,孔的形状设计是影响骨支架应力的关键因素。以1 mm×1 mm×1 mm的立方体为基础单元,分别构建了正方形孔、正六边形孔、圆形孔和立方密排单元4种三维模型,通过调整孔径获得不同孔隙率的单元体模型。使用有限元方法对单元体模型进行静态压缩数值模拟,结果表明,孔隙率为36%～66%时,最大应力最小的结构是立方密排结构,分别为5.50、7.18、10.53和15.41 MPa;综合应力分布云图和压缩等效模量图,得出立方密排单元结构的力学性能最好。采用选择性激光烧结技术制备立方密排单元结构的支架,该支架具有较好的抗压强度。     

直线翼垂直轴风力机叶片支架对气动性能的影响

为了定性地评价叶片支架对直线翼垂直轴风力机气动性能影响,并得出更准确的计算结果,通过雷诺时均湍流模型(SST k-ω)对垂直轴风力机进行(computational fluid dynamics,CFD)仿真,研究叶片支架对风力机周围流场分布的影响规律,分析风力机在不同方位角下的功率输出性能。研究结果表明：支架使垂直轴风力机的气动性能下降,最大功率系数下降47.5%,主要原因是于大攻角下复杂流动分离现象受叶片支架的影响较大,支架的回转扰动使风轮内部气流的湍流强度增大;在叶片支架安装界面位置,支架使得叶片前缘压力差下降,尾缘的压力差升高;而在风力机叶片中间截面位置,无支架模型与有支架模型压差区别较小且变化趋势相同;随风力机下流域尾流延长,低风速区的面积逐渐扩散,其值先减小后增大;风速在下流域的2倍风轮直径位置处达到最小值,有支架模型比无支架模型产生的风速最小值更高,且有支架模型风速恢复相对较慢。     

孵育系统中的微孔板支架结构优化

【目的】为提高多功能微孔板读数仪的孵育性能,针对微孔板温度均一性,提出微孔板支架组件的结构改进方案。【方法】首先分析影响微孔板读数仪孵育性能的因素,包括支架组件的结构尺寸、表面处理和加工材料等,并设计改进方案;然后通过多通道数据采集仪进行试验,收集不同方案的微孔板支架组件孵育时微孔板中各孔位的实际温度;最后,对比不同改进方案在最大温差、升温速率等孵育性能方面的提升程度,评价各改进方案的孵育性能并确定最佳改进方案。【结果】相比改进前的支架组件结构,与微孔板底部完全接触的支架组件改进方案在试验中的表现最佳：各孔位间最大温差从2.9℃降至1.1℃,降低了62.07%;升温过程中最大温差超过1℃的持续时间从1 650 s降至120 s,降低了92.72%;前7 min平均升温速率从0.774℃/min升至1.065℃/min,提升了37.60%;前7 min平均升温速率标准差从0.100降至0.043,降低了57.00%。【结论】本优化设计提供了一种可行的微孔板支架组件结构改进思路,对提升微孔板读数仪的孵育性能具有一定的参考价值。     

基于覆岩破断特征的极薄煤层工作面支架工作阻力确定

延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值模拟、理论分析等研究了极薄煤层综采工作面顶板覆岩结构破断特征及其演化过程,建立了采场顶板岩梁断裂前后力学解析模型,获得了极薄煤层综采工作面直接顶周期破断距,确定了合理支架工作阻力。结果表明：极薄煤层工作面开采初期顶板垮落后会较快的对上覆岩层形成支撑,至顶板极限跨距后,直接顶与基本顶周期破断,且基本顶破断位置位于直接顶破断线前方,两者间存在离层空间,共同回转下沉;工作面液压支架主要受直接顶回转载荷作用,其作用载荷为3 980.89 kN,确定支架选型为ZZ4000/6.5/13D四柱支撑掩护式液压支架;现场应用后,可以有效发挥支架支护性能,满足采场围岩控制要求。研究成果为国内极薄煤层开采工作面支架选型提供了一定的参考。     

基于灰色系统模型GM(1,1)改进Miner准则的液压支架底座疲劳寿命预测

针对疲劳寿命预测中传统疲劳累积损伤准则(即Miner准则)存在误差较大的问题,为了提高固体充填液压支架疲劳寿命的预测精度和保证服役过程的安全可靠性,利用灰色系统模型GM(1,1)对传统Miner准则加以改进.以ZZC8800/20/38型六柱支撑式固体充填液压支架的底座为研究对象,基于ANSYS对危险工况下底座应力进行分析,同时结合疲劳试验对底座进行寿命预测.结果表明:相比传统Miner准则,改进Miner准则的预测精度提高了40.32%,为固体充填液压支架疲劳寿命预测提供了一种有效的方法,对其安全服役具有一定的参考意义.     

光伏支架柱平面内有侧移失稳计算长度系数研究

光伏支架是一种典型的不等高单层框架,有侧移失稳的光伏支架柱计算长度系数需考虑多方面因素的影响,无法直接套用现有规范公式．综合考虑了光伏支架短柱和长柱的刚度比γ、短柱和长柱的高度比β以及梁柱线刚度比K1的影响,进行了理论推导,得出了不等高单层框架柱有侧移失稳计算长度系数的计算公式,并制作表格以便工程人员查阅使用．然后以某典型光伏支架实际工程为算例,建立了有限元数值分析模型,并分别进行了线性屈曲分析和考虑几何非线性以及材料非线性的极限承载力分析．分析结果表明,提出的理论公式和计算表格能够精确地计算光伏支架有侧移失稳的极限承载力．     

基于虚拟样机的液压支架运动仿真与分析

 运用三维建模软件Pro/E 对液压支架进行实体建模,并将其导入多体动力学软件ADAMS 中。运用ADAMS 软件对液压支架进行动力学仿真,获得了液压支架的动态特性。对液压支架升降过程中四连杆机构运动、顶梁端点的运动轨迹、顶梁位移与顶板力的关系等进行分析,验证了设计的合理性。通过模拟液压支架的整个运动过程,检验了液压支架动力学模型的性能。液压支架虚拟样机的建立可以缩短其设计周期并提高设计质量,有助于液压支架的优化设计。     

空间高分辨率CCD相机次镜支架最佳结构设计

根据某空间高分辨率CCD相机的结构设计方案,利用结构设计软件Solidedge建立了次镜支架的结构分析模型,并利用有限元分析软件Vnastran对不同结构和尺寸的次镜支架进行了动力学分析计算,提出了次镜支架的鼓型偏置式四翼梁结构.该结构具有较高一阶谐振频率和良好的机械加工性能,特别适合用于大口径的空间相机中.     

纳米细菌纤维素膜的表征与生物相容性研究

利用木醋杆菌静态培养法制备的由纳米纤维组成的细菌纤维素膜具有超细的三维网络结构和适当的孔隙率. 利用光镜、扫描电镜和原子力显微镜对其进行结构表征发现, 细菌纤维素膜具有极为精细的纳米网络结构, 冻干膜的孔径约为0.6~2.8 μm; 纤维素带宽度约为50~80 nm. 采用湿重与浮重结合法测定烘干膜和冻干膜的孔隙率分别约为70%和90%. 由于细菌纤维素含有大量的羟基, 故烘干膜表现出极好的透湿性. 将细菌纤维素膜分别与成纤维细胞和软骨细胞进行复合培养, 并将成纤维细胞和细菌纤维素膜的复合物进行裸鼠皮下移植实验. 结果显示, 移植的复合物很好地融入了裸鼠正常皮肤, 成纤维细胞和软骨细胞在细菌纤维素表面形成连续的细胞层, 绿色荧光蛋白表达正常. 以上结果表明, 细菌纤维素膜非常适合细胞贴附和增殖, 表现出较好的生物相容性, 有望成为新型组织工程支架材料.     

煤矿综采液压支架调架机构优化设计

液压支架是现代大型自动化煤矿工作面所采用的主要支护设备。它在工作面为作业工人及采煤机、刮板输送机提供一个安全的工作空间。在我国煤矿企业,井下综采工作面普遍采用液压支架进行支护,绝大部分煤层都有或大或小的倾斜角度。因此,液压支架顶梁、掩护梁的的侧护板需要根据所安装工作面的倾斜方向进行倒活面。液压支架侧护板倒活面是一项耗时、费力、效率低下的检修工作。煤矿综采液压支架调架机构优化设计是一项致力于通过对现有液压支架调架机构进行优化设计进而实现液压支架侧护板倒活面时不需要拆卸调架千斤顶而是直接将侧护板锁轴进行倒面的探索性科技创新设计。希望对我国煤炭行业具有参考和推广价值。