微机械系统建模与仿真技术研究

简要分析了微电子机械系统建模仿真的原因,指出了微电子机械建模仿真需要克服的四个方面技术难题,即尺度效应、开发快速的表面力计算方法、多物理场耦合分析、宏模型的建立,为微电子机械系统的建模仿真指明了研究方向.详细分析了微电子机械系统建模仿真的技术关键,多物理场耦合计算的理论方法和器件及系统宏观模型的建立,介绍了用于MEMS系统级模拟仿真的宏模型建立的几种方法,最后结合硬件描述语言VHDL-AMS提出了建立微电子机械系统模型实现系统级模拟的方法.     

导电聚合物驱动器弯曲特性的研究及有限元分析

针对自制的弯曲型导电聚合物驱动器搭建试验系统,研究其弯曲运动特性。对驱动器施加(0~1 V)低电压,测量其顶端弯曲变形量;分析驱动器弯曲位移与电压的关系,建立了电压与应变的函数关系式。试验结果表明,电压与垂直方向位移成线性关系,电压为1 V时偏转位移可达到驱动器长度的一半,并且得到电压与应变的比例因子。参照驱动器的工作原理,对比驱动器的真实应变与热应变,建立热-结构耦合模型,并通过有限元法(FEM)求解该模型。通过对比仿真与试验结果,得出该耦合模型可以有效的模拟驱动器弯曲运动。     

基于松散耦合法的电磁平板成形3D有限元仿真

数值模拟提供一种手段去分析电磁成形中的多物理场耦合过程,但是目前的电磁成形模拟大多局限于2D模型或者将复杂的多物理场耦合数值模型简化为单独的多个物理场分别进行求解。为提供一种能够适用于复杂3D模型的多场耦合模拟方法,采用松散耦合法对平板电磁自由胀形过程进行3D有限元模拟分析。对工件网格采用拉格朗日算法,空气网格采用任意拉格朗日欧拉算法。从而使空气3D网格能够与板料变形随动而不产生畸变,实现磁场—结构场的迭代耦合分析。动态而无畸变的六面体网格能够在磁场分析模块与塑性成形模块间准确传递数据,既提高了运算速度又可获得精确计算结果。与实际数据比较证明,模拟的板料变形规律与试验结果一致。     

基于ADAMS机械手的动力学分析

本文在分析了机器人机械手工作原理的基础上,基于多体动力学,利用MATLAB及ADAMS动力学分析软件建立了该型机器人机械手运动仿真模型,模拟并研究了机械手大臂的动力学行为。通过机械手进行静力学、动力学等方面的分析,观察其工作姿态,判断其运动方案的合理性,为机器人的其他相关控制提供参考和借鉴。     

伺服比例阀多物理场耦合仿真研究

伺服比例阀是一个涉及多学科领域的复杂物理系统,建立包含机械、电、磁、流场等模块在内的多物理场耦合模型对其进行仿真研究。基于对伺服比例阀结构和工作原理的分析,搭建阀芯位移闭环控制电路及阀芯动力学模型,建立伺服比例电磁铁有限元瞬态仿真模型、液动力瞬态流场降阶模型,并将各模块耦合完成伺服比例阀多物理场模型,实现动态特性仿真。为验证伺服比例阀多物理场耦合模型的准确性,对采用相同的测试条件及控制电路的伺服阀阀芯位移控制系统进行试验,通过输入不同的指令信号得到阀芯位移的阶跃响应曲线及电磁铁电流曲线。经对比,阶跃响应测试中阀芯位移仿真结果与试验曲线相比最大误差不超过15%,不同阶跃指令下仿真得到的电磁铁电流与试验电流曲线变化趋势相同,验证了模型的准确性,为后续伺服比例阀的研发及优化提供有效平台。     

长臂式仿生软体机器人及其主动弯曲模型

针对软体机器人结构化分析困难的问题,对软体机器人气腔耦合结构、嵌入式加强材料以及充气状态下的弯曲变形等方面进行了研究,提出了一种新型的长臂式仿生软体机器人结构,该结构为多腔、多节耦合,可以实现任意方向的大范围弯曲。通过力矩平衡方程建立了长臂式仿生软体机器人的静态模型及主动弯曲数学模型,并实现了基节的各个力矩的数值化近似求解。采用上、下位机控制思想,基于ITV气压比例阀搭建了实验平台并设计、制作了软体机器人样机进行测试。研究结果表明,弯曲运动实验结果与仿真曲线基本一致,由此验证了理论模型的正确性。     

基于异构网格耦合的产品多物理场有限元数据集成与可视化仿真

在产品虚拟样机多物理场的性能分析和仿真过程中,由于分析目的和分析工具各不相同,各种物理场的有限元网格模型和仿真结果数据都是异构的。如何将异构有限元网格模型的几何和物理信息进行耦合,集成到虚拟环境中进行网格图形显示与结果数据可视化仿真是亟待解决的问题。提出产品多物理场异构有限元网格的几何特征映射与仿真结果插值方法,分别提取各异构网格模型的拓扑信息,建立过渡网格模型,根据空间相对位置将各异构网格节点与过渡网格模型节点进行耦合映射,实现异构网格模型物理属性到几何特征的映射。开发基于异构网格耦合的机械产品虚拟样机多物理场可视化仿真系统。     

1Cr13不锈钢板激光弯曲数值模拟

在综合分析了材料的热物理性能和力学性能随温度变化影响的基础上,建立了板料激光弯曲成形的三维热力耦合模型.对1Cr13不锈钢钢板的激光单次扫描弯曲过程进行了数值模拟,得到了形变场、温度场以及应力场模拟结果,并对其变形过程和变形机理进行了分析.     

FRA在变压器绕组变形故障诊断中的应用

变压器的电磁分析在科学研究和工程应用中一直是一种研究变压器故障的重要方法。目前基于FRA的变压器绕组的建模多数都是单一的电路模型,忽略的磁场方面的重要作用。因此利用大型多物理场耦合软件建立变压器绕组的二维有限元模型,用场路耦合的方法实现了变压器的漏磁场仿真。模拟了绕组的变形故障,采用FRA的方法分析研究绕组径向的变形尺寸以及发生变形的位置对变压器绕组的传递函数的影响,对变压器绕组故障的研究提供一定的理论指导。     

气动网格软体驱动器弯曲变形预测方法

气动软体驱动器作为软体机器人的关键构成单元,在气压作用下可以实现弯曲运动,但目前缺乏合适的方法来研究驱动器的弯曲变形。针对该问题,在分析气动网格软体驱动器弯曲变形原理的基础上,建立了驱动器单个气囊弯曲角度的数学模型并对其弯曲特性进行了分析,进一步建立了单腔室驱动器和多腔室驱动器的弯曲变形预测模型,通过有限元仿真和实物实验验证了弯曲变形预测模型的有效性。