落锤试验台结构分析与优化设计
落锤实验机操作规程
落锤实验机操作规程引言概述：落锤实验机是一种用于测试材料抗压强度的设备，广泛应用于建造、铁路、道路等工程领域。
正确操作落锤实验机对确保实验结果的准确性至关重要。
本文将详细介绍落锤实验机的操作规程，以便操作人员能够正确、安全地进行实验。
一、准备工作1.1 确保落锤实验机处于稳定的工作台面上，避免在操作过程中产生晃动或者倾斜。
1.2 检查落锤实验机的电源线是否接地良好，避免发生电击事故。
1.3 检查设备的所有零部件是否完好无损，如有损坏应及时更换或者修理。
二、样品准备2.1 样品应根据实验要求进行切割和打磨，确保其表面平整、无裂纹。
2.2 样品应根据实验标准的要求进行尺寸测量，确保符合实验要求。
2.3 样品应放置在落锤实验机的测试台上，并确保其与测试台接触良好，避免在实验中挪移或者翻倒。
三、实验参数设置3.1 根据实验标准的要求，设置落锤实验机的下落高度和冲击次数。
3.2 确保实验机的压力传感器和位移传感器的准确性和灵敏度，以保证实验数据的准确性。
3.3 在设置实验参数之前，应对实验机进行预热和校准，确保其工作状态良好。
四、实验操作4.1 启动落锤实验机，并根据实验参数设置进行操作。
4.2 在实验过程中，注意观察样品的变化情况，确保实验数据的可靠性。
4.3 实验结束后，及时记录实验数据并进行分析，以得出准确的实验结果。
五、清洁与维护5.1 实验结束后，应及时清洁落锤实验机的各部件，保持设备的清洁卫生。
5.2 定期对落锤实验机进行维护保养，检查设备的运行状态和零部件的磨损情况。
5.3 如发现设备故障或者异常情况，应及时住手使用并进行维修，以确保设备的正常运行。
结语：通过严格遵守落锤实验机的操作规程，可以有效确保实验结果的准确性和可靠性，保障工程质量和安全。
操作人员在进行实验时应严格按照规程要求进行操作，确保实验过程的安全和顺利进行。
希翼本文所述的操作规程能够为落锤实验机的操作人员提供匡助和指导。
振动台的结构设计与优化
振动台的结构设计与优化振动台是一种广泛应用于科研、工程实验和教学中的重要设备。
它能够通过控制振动的参数，模拟出各种不同的振动环境，以便进行研究和测试。
振动台的结构设计与优化是确保其正常运行和提高性能的关键。
下面将从材料选择、结构设计和优化三个方面来探讨振动台的相关问题。
首先，材料选择是振动台结构设计的第一步。
振动台作为一种高强度和高刚度的设备，需要选用耐磨、耐腐蚀的材料，以保证其使用寿命和稳定性。
一般情况下，常用的材料有钢材、铝合金和铸铁等。
钢材具有良好的机械性能和强度，适用于大型振动台的制作；铝合金具有轻质、耐腐蚀的特点，适用于中小型振动台的制作；铸铁具有良好的耐磨性和稳定性，适用于长期运行的振动台。
此外，振动台结构的关键部位需使用高强度钢材或合金材料，以保证其受力性能和稳定性。
其次，振动台的结构设计决定了其振动性能和使用效果。
振动台的主要结构包括底座、支撑杆、工作台面和电磁振动器等。
底座是振动台的支撑部分，需要具有足够的强度和刚度，以承受工作条件下的振动和冲击力。
支撑杆的数量和布局应根据振动台的使用要求和负载情况进行设计，以确保振动台的稳定性和平衡性。
工作台面是振动台上承载试验物品的部分，一般采用高刚度和耐磨的材料制作，以保证试验物品在振动过程中的稳定性。
电磁振动器是振动台的关键驱动装置，其选用和安装位置需根据振动台的使用要求和工作频率进行确定。
最后，振动台的结构优化是提高其性能和效能的重要手段。
振动台的结构优化可以通过有限元分析、模态分析和振动试验等方法来完成。
在进行结构优化时，需要考虑振动台的自然频率、振动模态和振动模式等因素，以确保振动台在工作过程中产生的振动能够满足使用要求和试验标准。
此外，结构优化还可以通过调整振动台的质量分布、提高关键部位的刚度和强度以及改进支撑系统的设计等方式进行。
综上所述，振动台的结构设计与优化对于其正常运行和性能提升至关重要。
通过适当的材料选择、合理的结构设计和优化，可以提高振动台的承载能力、稳定性和使用效果，从而满足科研、工程实验和教学等方面的需要。
落锤试验方法-概述说明以及解释
落锤试验方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：落锤试验方法是一种常用于材料力学性能测试和结构工程试验的方法，通过让一定质量的落锤自由落下，对被测试物体施加冲击力，从而观察材料的抗压、抗撞击等性能。
这种试验方法可以模拟真实工程中可能遇到的冲击或振动力量，帮助工程师评估材料的强度和耐久性，以保证结构的安全性和稳定性。
在本文中，我们将介绍落锤试验方法的基本原理和过程，探讨其在各个领域的广泛应用以及优缺点。
同时，我们将总结落锤试验方法的重要性，并展望未来它在工程领域中的发展前景。
通过深入了解和研究落锤试验方法，我们可以更好地理解材料和结构的性能，为工程设计和施工提供重要参考和支持。
文章结构部分的内容应该包括整篇文章的框架和组织方式，为读者提供一个清晰的阅读路线。
在这篇关于"落锤试验方法"的长文中，文章结构可以按照以下方式来描述：文章结构：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
1. 引言：- 1.1 概述：简要介绍落锤试验方法的背景和意义。
- 1.2 文章结构：本部分，介绍整篇文章的框架和结构。
- 1.3 目的：说明本文的写作目的和意义。
2. 正文：- 2.1 落锤试验方法介绍：详细介绍落锤试验的定义、原理和步骤。
- 2.2 落锤试验的应用领域：探讨落锤试验在不同领域的应用情况和重要性。
- 2.3 落锤试验的优缺点：分析落锤试验方法的优点和局限性，提出改进措施。
3. 结论：- 3.1 总结落锤试验方法的重要性：总结落锤试验在工程领域的重要性和应用前景。
- 3.2 展望未来落锤试验的发展：探讨落锤试验在未来的发展趋势和挑战。
- 3.3 结论：对整篇文章进行总结，强调落锤试验方法的价值和意义。
这样的结构将有助于读者更好地理解全文内容和逻辑关系，使文章条理清晰、层次分明。
1.3 目的目的部分的内容是为了阐明本文的研究目的，即通过对落锤试验方法的介绍和分析，探讨其在工程领域中的重要性和应用价值，展示其在材料测试、结构强度评估等方面的作用。
一种跌落冲击台的设计问题
图 2 冲 击过程波形图
次序分别称为二次、 三次…… , n 次冲击 , 第 二次以后的各次冲击统称为次冲击。次冲击 的次数、 各次冲击的加速度幅值及相邻两脉 冲的时间间隔长短取决于工作台首次落下的 高度 H 和缓冲垫的恢复系数。根 据碰撞理 论 , 工作台各次反弹高度分别为 h 2= e H 、 h3 — 36 —
≈ 0, 所以( 1) 式简化为 x+
o
( x -p/ k) = 0
o
该方程的通解为 : x = Asin ( t + ) + P/ K)
( 3) 式经过微分后得: ・ x = A o cos ( o t +
¨
ao≈
o
2g HK/ M
( 11) ′
)
( 4)
2 ( 5) x= A o sin ( o t + o ) 考虑到冲击过程的初始条件 , 可求出任
由 ( 5) 式和( 8) 式求得首次碰撞过程的冲 击加速度为:
¨
x = -〔 P / M + 2g HK/ M 〕 sin( +
o
2
2
1/) 式可知冲击加速度的幅值为:
1/ 2 ao= 〔 g 2 + 2g HK/ M 〕
( 11)
当跌落高度较大时 , ( 11) 式变为
图 1 冲击台示意图
生方向朝上的冲击加速度, 如图 1 所示。 其运 动方程为:
¨
x+ 2
o
x+
o
2
( x -p / k ) = 0
( 1) MK , c 为
o
式中: 为相对阻尼系数 , = c/ 2 重量, p= M g ; K 为缓冲垫的刚度 ; 的固有圆频率,
落锤实验机操作规程
落锤实验机操作规程一、引言落锤实验机是一种常用的实验设备，用于测量材料的抗压强度。
本操作规程旨在确保操作人员正确、安全地操作落锤实验机，保证实验结果的准确性和可靠性。
二、设备介绍落锤实验机由以下主要部分组成：1. 机架：提供稳定的支撑和固定设备的功能；2. 落锤：用于施加压力和测量材料的抗压强度；3. 传感器：用于测量落锤施加的压力；4. 控制系统：用于控制落锤的运动和记录实验数据。
三、操作步骤1. 准备工作：a. 确保落锤实验机处于稳定的工作台上，并且没有任何杂物阻碍设备的正常运行；b. 检查设备的电源和电源线，确保其正常工作；c. 检查传感器和控制系统的连接，确保其稳定可靠；d. 检查落锤的表面是否平整，无损坏或杂质。
2. 样品准备：a. 根据实验要求，准备好符合规格的样品；b. 清洁样品表面，确保其无尘和杂质。
3. 实验操作：a. 将样品放置在机架上的测试台上，并固定好；b. 打开控制系统，设置实验参数，如落锤的高度和重量；c. 将落锤提升至设定的高度，并释放，使其自由落下；d. 记录传感器测得的压力数值，并将其存储在控制系统中；e. 重复上述步骤，进行多次实验，以获得可靠的平均结果。
四、安全注意事项1. 操作人员必须熟悉设备的使用方法和操作规程，严禁未经培训的人员操作设备；2. 在操作过程中，操作人员必须戴上安全帽和护目镜，确保个人安全；3. 在进行实验前，确保实验区域内没有其他人员，以防止意外伤害；4. 在操作过程中，严禁将手部或其他物体放置在落锤的下方；5. 在实验结束后，及时关闭设备电源，并进行设备的清洁和维护。
五、故障排除1. 如果设备无法正常启动或运行，请检查电源和电源线是否正常连接；2. 如果传感器无法测量压力，请检查传感器和控制系统的连接是否松动；3. 如果落锤无法自由下落，请检查落锤的表面是否平整，是否有杂质或损坏。
六、维护保养1. 定期清洁设备表面，确保其无尘和杂质；2. 检查设备的电源线和连接线，确保其稳定可靠；3. 定期校准传感器，确保测量结果的准确性；4. 定期检查和维护落锤的表面，确保其平整和无损坏。
FOPS落物保护结构试验台
３）ＧＢ／Ｔ ２１ １５３—２（１１）７《土方 机械 尺 ｒ 性能 和 参 数 的 ．位 与 测量 准确 度》（ＩＳＯ ９２４８：１９９２）；
４）ＧＢ／Ｔ ｌ９９３２— ２（）（１５ 《：ｔ方 机 械 液 压 挖 掘 机 司机 防 护 装 置 的 试 验 室 试 验 和 性 能 要 求 》（［ＳＯ １０２６２：
作者简介 ：朴 龙（１９８１一 ）， ， 林人 ，高级工程帅 ，学士 ，研究方 向 ：机械设计。
１８ １工农 ‘献 １ ２ｏ１８ １１
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霏杠栈
第 ４９卷 ｌ第 １１期
总第 ５４１期
提升位置控制精度 ／％ 提升最大高度 ／ｍ 提升能力 ／ｋｇ
±１ ８
４５０
提 升和 释放 锤 体
ＤＬＶ等 。 （８）具有 全局 视频 监控 功 能 。 （９）各运动极限位置均设有机械限位和 电气限位双
重 保护 功能 。 （１０）设置有高度 、位置范围安全警示灯。
３ 试验台组成及工作原理
３．１ 试验 台组 成 该 试 验 台 主 要 由机 械 系 统 、控 制 系 统 、测量 系 统 、安
２ 试验 台的主要功能
该试验 台主要 具有 以 下功 能 ： （１）可按基准 Ｉ进行冲击试验。 可提供 １ ３６５Ｊ的冲击能量值 ，对 ＦＯＰＳ进行冲击试验。 （２）可按基准 Ⅱ进行冲击试验。 可提供 １ １ ６ｏｏＪ的冲击能量值，对 ＦＯＰＳ进行冲击试验。 （３）落锤 高度 精确 控 制 。 该试验 台具有 由一套伺服落物提升系统和激光 测距 传 感器 组 合 而成 的 闭环控 制 系统 ，具 有对 落 锤 高度 进 行 精确定位的功能 ；落锤最大提升高度 ８ ｍ。 （４）冲击点可根据 ＦＯＰＳ的不 同结构及位置进行移 动 调 节 ，通 过 操 作 台上 的按 钮 （或 工 控机 软 件 ）进 行 激 光 对 准操 作 。 （５）视频记录冲击全过程 ，可通过回放进行加载前 后 对 比 。 （６）该试验台具有最大变形和剩余变形测量的功能 ， 可按用户要 求进行加 载试验 ，提 供评价数 据 ，并 按相关 标准 格 式要求进行 试验报告 的输 出。 （７）该试验台设置有 Ｔ形槽平台，可对试验用 ＦＯＰＳ 进 行 可靠 地 固定 ，同时设 置 有通 用性 的试验 工 装 、标 准
基于落锤实验平台的爆炸载荷模拟装置原理性设计
Ｔｈｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ａ ｎ Ｅｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｌｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ Ａｎａ ｌ ｏ ｇ ｕ ｅ Ｄｅ ｖ ｉ ｃ ｅ
Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｄｒ ｏ ｐ Ｈａ ｍｍｅ ｒ Ｔｅ ｓ ｔ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
效 应 的 相 似 性 进 行 了验 证
关键 词 ：爆 炸 力 学 ；载 荷 发 生器 ；半 正 弦 波 ； 落锤 试 验
中 图 分 类 号 ：ＴＬ ８ １ ２ 文 献标 志码 ：Ａ
文 章 编 号 ：２ ０ ９ ５ —６ ２ ２ ３ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ４ １ ０ ０ ２ （ ７ ）
（ 西 北 核 技 术 研 究 所 ，西 安 ７ １ ０ ０ ２ ４ ）
摘 要 ：为 避 免 火 工 品操 作 带来 的危 险 ， 可 通 过 载荷 发 生 器 产 生 效 应 相 似 的脉 冲 载 荷 替 代
爆 炸 载荷 进 行 实验 。基 于 落锤 实验 平 台， 提 出 了一 种 通 过 液 压 原 理产 生 半 正 弦波 载 荷 的 方 法， 建 立 了系统 响 应 的运 动方 程 和 求解 载 荷 压 力 峰值 、 持 续 时 间 的计 算 方 法 ， 指 出通 过 减 小 落锤 、 活 塞质 量 ， 减 小液 压 缸长 度 ， 增 大液压缸截 面积， 增 大 落 锤 初 始 速 度 等 方 法 可 以获 得 持 续 时 间较 短 、 脉 冲 峰值 较 高 的半 正 弦 波 载荷 。通 过 数 值 模 拟 对 半 正 弦 波 载荷 和 爆 炸 载 荷
ｉ ｎ ａ ｎ ｏ ｉ ｌ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ．Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｓ ｕ ｇ ｇ ｅ ｓ ｔ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ａ ｈ ａ ｌ ｆ ｓ ｉ ｎ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｐ ｅ ａ ｋ ａ ｎ ｄ ｓ ｈ ｏ ｒ —
12吨落锤试验台设备基础工程专项施工方案介绍
一、编制依据设备基础平面图、剖面图、详图及设计说明。
二、工程概况及特点施工地点为包头北方铸铁有限责任公司内，基础为12吨落锤试验台设备基础工程。
建设单位：北方铸铁有限责任公司设计单位:内蒙古第一军工建筑设计院有限责任公司监理单位：三和监理工程有限公司施工单位：晋西建安有限公司工程特点：工程量大、工期长、体积大、预埋件定位及水平精度高、施工精度高，质量要求严。
三、施工准备及施工顺序1、施工准备①技术准备、熟悉图纸②施工机具的准备：大小型机具（挖掘机一台、振捣棒两个、钢筋切割机一台、钢筋弯曲机一台、闪光对焊机一台、翻斗车两辆、20T吊车一辆）、手持工具（绑扎钢筋用的铁丝、钢筋钩、带板口的小撬棍）等的准备。
③各种材料堆放场地的平整。
④劳力组织与特种工种的培训根据工程量的大小和工期的要求，组织混凝土工15人，钢筋工10人，模板工10人，电工1人，小工5人。
在开工前组织工种们进行安全教育和质量责任意识培训，并做好会议记录。
施工时必须正确佩戴安全帽；不准在基坑上口线2米范围内进行施工作业；严禁穿拖鞋进行施工；非电工不得私自接电拉线；不准醉酒作业施工。
2、施工顺序试验台设备基础的作业程序：放线定位→开挖基础土方→浇筑混凝垫层，砌筑0.9米高24砖墙外模，水泥砂浆抹面→绑扎底板钢筋→绑扎（安装）侧向钢筋→基础外模板安装（比底板标高出20cm）→安装预留预埋件固定架→浇筑底板混凝土→养护底板混凝土→绑扎侧壁钢筋网及顶面钢筋→安装外模板→安装内模板→浇筑侧壁混凝土→保温、养护、测温→拆模→回填土四、主要施工方法1、测量控制A、标高的测量本工程采用相对标高，顶面标高为±0.000与机加工房室内地面标高相平，基础底标高为-4.600。
B、设备基础控制中心线的测量应甲方要求，本工程轴线与钩缓热处理工房山墙轴线在一个立面上，所以我们依据钩缓热处理工房内墙线往南7.5m排列两个点作为定位线，再通过两点一线的原理架设经纬仪，用钢尺排量111m至本工程边线，往回返6.12m 固定木桩作为控制点，再在其中间活动范围少的地方固定一个木桩作为后视点，此线就是横轴控制线（向北1.6m为中心线）；根据横轴控制线，在距工程边线6.12m的桩点架设经纬仪，通过后视点后，向北转设90°，用钢尺排量7.4m为本工程山墙轴线，然后通过经纬仪转站至此点，以6.12m为后视点，向东转90°排量12.12m固定木桩，此木桩为纵轴控制线。
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4.滑轮组 9.顶部连接板
5.前立柱
图 2-1
落锤试验台组成示意图
该落锤试验台材料主要为 Q235 构成，整体连接以焊接为主，增强了整体的稳定性，落锤材料采用
-2-
Altair 2015 技术大会论文集
的 Q235A，为了便于落锤的在导轨上升，与其连接的滑板为材质较轻的铝材料。 表 2-2
弹性模量 E （MPa） 2.10X10 1.23X10 2.10X10
以优化后取整的厚度建立有限元模型，将该模型导入 LS-DYNA 中进行求解，通过后处理软件 HyperView 过程模拟，得出分析结果，如图 5-5 所示。
图5-5
优化前后冲击过程中应力与位移云图
由图 5-5 所示可知，优化后最大变形量为 2.133mm，最大应力为 182.2Mpa，最大值均发生在上表 面的中心位置。
5 基于 HyperStudy 灵敏度分析的底座尺寸优化
5.1 落锤试验台底座的设计变量灵敏度分析
在工程设计中，对于一些复杂的结构优化时，其设计变量较多，某些设计变量对于结果的影响非 常小，该设计变量在优化求解过程中，大大降低了优化设计效率，针对这种情况常常采用灵敏度分析技 术，将影响响应大的关键设计变量筛选出，去除影响响应小的设计变量，大大提高了优化设计的效率。 影响落锤冲击试验台底座重量的因素有以下几个，如图 4-1 所示。
图 4-2
原设计方案冲击过程中应力与位移云图
由图 4-2 所示可知，最大位移为 1.755mm,最大应力为 181.8MPa，最大值均发生在上表面的中心位 置。 试验要求许用变形量不超过 2.50mm。最大应力理论上不应超过许用应力，在数值上许用应力为材 料 Q235 的屈服极限[ ]与安全系数 S 的比值，在工程分析中，安全系数为大于 1 的常数，一般取值为 1.1～1.7。根据实验要求对落锤试验台安全系数 S 取值 1.2，则许用应力为：
建立尺寸优化数学模型：
Minimize M s. t. 2.50mm
195.8MPa
在 HyperWorks 的优化模块 HyperStudy 中进行该底座的尺寸优化。 优化过程中的变量优化前厚度、 变化范围及优化后厚度见表 5-4 所示。 表 5-4 优化变量的初始值及变化范围
优化变量 X1 X2 X X3 优化前厚度 (mm) 20 20 20 20 变化范围 (mm) 10-25 10-25 10-25 10-25 优化后厚度 (mm) 17.2 11.2 13.4 14.1 取整后厚度 （mm） 18 12 14 15
为了提高建模效率，将落锤冲击试验台的模型简化为，落锤、试验台和试件三部分组成的模型，即 落锤一定的速度冲击固定在试验台上的试件。 如图3-1所示，建立落锤冲击试验台有限元模型流程，如图3-2所示，在 HyperMesh 中建立的有限元 模型。
三维 三维 模型 模型 的进 的进 一步 一步 简化 简化
抽 抽 取 取 中 中 面 面
拓 拓 扑 扑 改 改 进 进
图3-1
网 网 络 络 划 划 分 分
材 材 料 料 属 属 性 性
单 单 元 元 类 类 型 型
速 速 度 度 设 设 置 置
接 接 触 触 对 对 设 设 置 置
其他 其他 卡片 卡片 的设 的设 置 置
输出 输出 有限 有限 元模 元模 型 型
其他有限元分析软件进行了动态仿真分析， 通过在 HyperView 中过程模拟， 得出试验台关键构件底座的 应力云图与位移云图。分析结果表明，落锤试验台结构由于采用传统设计方法，设计比较保守，其刚度 符合设计要求，但重量偏大，重达 1.31 吨。 在有限元分析的基础上，本文对试验台底座进行尺寸优化设计，为了提高优化效率，首先采用灵 敏度分析技术,运用 HyperStudy 进行筛选设计变量，再对其进行尺寸优化。优化结果表明，在刚度指标 满足设计要求的条件下，底座重量降低 23.6%。 在不增重的情况下，为了进一步提高底座的刚度，本文对底座的加强筋分布进行了拓扑优化，得 出了筋板的拓扑优化方案，分析结果表明，将拓扑优化方案与原设计方案进行性能对比，在加强筋最优 分布方案下，结构的位移、应力比原方案下降 29.57%、0.66%，重量比原方案下降 6.10%。
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Altair 2015 技术大会论文集
对两目标响应作用效果相同，故将两变量合为一个变量 X。考虑到底座底面是通过地脚螺栓将试验台与 地基连接，主要用来定位的，为了保证整体稳定性不再对其尺寸优化，故不将其作为优化变量。由以上 分析，选择 X1、X2、X、X3 四个尺寸变量作为优化设计的变量。
5.2 落锤试验台底座的尺寸优化设计
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落锤试验台结构分析与优化设计 Structural Analysis And Optimal Design Of The Drop Hammer Test Bench
周浩 张横 上海 200093） （上海理工大学机械工程学院
摘
要: 本文以落锤试验台结构为研究对象，在 HyperMesh 中建立落锤冲击试验台有限元模型，利用
Key words: HyperMesh ， Sensitivity analysis ， Sizing optimization ， HyperStudy ， Topology
optimization
1 引言
落锤冲击试验机是一种用于检验产品、材料等在经受外力冲击或作用时的安全性、可靠性、有效性 的试验设备，尤其在工作过程中，巨大的冲击力瞬间作用于试验台上，因此试验台具有良好的刚度、强 度等力学性能，是检测其他材料等相关参数的前提。其应用领域非常广泛，在飞机、先进设备、航天、 包装等行业领域都发挥着重要的作用。现代落锤冲击试验机的迅速发展，对试验台提出重量轻、成本低
2 落锤试验台组成结构
本文研究对象为科研使用的落锤试验台，该落锤试验台由减速电机、重锤、防护网、支撑架结构、 升降装置、限位块、顶部连接板、滑轮组、钢丝绳、导轨等部分组成，其组成如图2-1所示。
1 1 2 1 3 1
4 1
9 1
5 1 6 1 7 1
8 1
1.减速电机 6.落锤
2.导轨 7.底座
3.后立柱 8.滑板
关键词: HyperMesh 灵敏度分析 尺寸优化 HyperStudy 拓扑优化 Abstract: This paper is based on drop hammer test bench as the research target. The process
of structural design and analysis to the test bench are as follows: (1) The finite element analysis
(a)尺寸变量对质量 M 响应的变化率
(b)尺寸变量对内能 E 响应的变化率
图 5-2 尺寸变量对质量和内能响应的变化率
(a)尺寸变量对质量响应的影响百分比
(b)尺寸变量对内能响应的影响百分比
图 5-3
尺寸变量对质量和内能响应的影响百分比
经过进一步的处理，可得到 6 个尺寸变量对该两个目标响应的影响百分比。如图 5-3(a)所示为所 有的尺寸变量对目标响应 M 的影响百分比， 图 5-3(b)为尺寸变量对目标响应 E 的影响百分比。 从图 5-3(a) 可以看出，尺寸 X2 对底座质量 M 的的影响百分比最大，百分比超过了 54%，尺寸变量 X1 对内能 E 的影 响百分比最大，达到了 55%左右。 在图 5-2 所示的两图中，X4 与 X5 两变量对于质量 M 和内能 E 上，都是平行的，也就是说明两者
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位置 上表面 四周面 十字筋 平行筋 1 平行筋 2 下底面
优化变量 X1 X2 X3 X4 X5 X6
初始厚度(mm) 20 20 20 20 20 20
图 5-1
影响底座重量的因素
将落锤冲击试验台的有限元模型导入 HyperStudy 中，对其底座动态工况进行分析，随后建立两个 目标响应，分别为底座的总质量 M 和内能 E。
许用 =
表 4-3
[ ] 235 195.8MPa S 1.2
落锤冲击试验台许用值与试验值对比 试验值 181.8 1.755
许用值 最大应力（MPa） 最大位移 (mm) 195.8 2.50
由表 4-3 从落锤冲击试验台最大应力、 最大位移的许用值与试验值对比中， 可以看出最大应力与最 大位移均在许用应力、 许用位移范围内， 因此在保证落锤试验台力学性能基础上， 对其进行轻量化设计。
5
材料参数设置
屈服强度 SIGY (MPa) 切变模量 ETAN (MPa)
部件 落锤 试件 （铜材料） 底座
密度 Rho （t/mm ） 7.85X10 8.90X10 7.85X10
-9 3
泊松比 u 0.30 0.32 0.30
5
-9
180 235
225 230
5
-9
3 落锤试验台有限元模型的建立
choose design variables.(3) Topology optimization method further enhances the stiffness of the test rig. We propose two options under the topology patterns of the test rig and select a reasonable solution from the two design options with finite element analysis.
பைடு நூலகம்
model of the test bench are established Using HyperMesh software .The result of the finite element analysis of the drop hammer test bench is exported. (2)The paper takes minimum quality as the goal to optimize the test rig under the result of the finite element analysis. To improve the efficiency of optimal design， the process takes sensitivity analysis techniques to