基于粒子群优化算法的螺旋钻机变幅机构铰点位置优化

螺旋钻机变幅机构铰点位置是影响变幅机构性能的关键因素之一,它对变幅油缸最大油压、变幅机构各铰点最大受力、活动钻桅起柱时间等变幅机构主要性能参数都有决定性影响。针对传统设计方法对获取最佳铰点位置需要反复试算、耗时长、效率低且难以精确定位的不足,为了快速、高效、准确地获取最优铰点位置,以变幅机构的活动钻桅为研究对象,在分析变幅机构结构和工作原理的基础上,建立了变幅机构力学模型,并将变幅油缸的油压作为目标函数,以变幅机构的结构限制和油缸制造工艺要求确定约束条件。基于粒子群优化算法,结合MATLAB对目标函数进行运算分析,以变幅油缸的最大油压最小为目标确定了变幅机构最优铰点位置。铰点位置优化后,变幅油缸最大油压降低了9.2%,变幅机构各铰点最大受力降低了9.1%~9.2%,变幅机构性能明显得到提升。该研究提供了一种快速可行的铰点位置优化方法,对变幅机构的优化设计具有实际参考意义。     

新型铰接转向机构参数优化设计

该文介绍了一种新型的铰接转向机构,采用特殊的双摇杆转向型式,以采用此转向机构的某重载车辆为研究对象,利用CAE软件ADAMS,建立了机构铰点参数化的虚拟样机,采用Design study方法,得出转向机构参数性能的变化情况以及设计参数的近似敏感度,得到关联度最大铰点.采用OPTDES-SQP优化模型,设置目标函数,建立了以综合转向性能最优为优化目标的优化设计模型.经过优化,转向力臂差变化比率为-74.6％,转向角度增加+2.22％,通过实际应用,减小了转向过程转向液压系统的振动和冲击,增加了系统转向稳定性,取得了良好的效果,为该转向系统的控制与操作提供了必要的依据.     

举升机构的优化方案

举升机构是自卸车重要的工作系统之一,其传动效率的高低直接影响汽车的经济性和使用特性。高位自卸车只实现简单的运动过程,不需要复杂的结构,倘若结构复杂化,必然限制载重量,而载重量是自卸车的首要优化对象,结构复杂化且影响稳定性,增大成本。利用ADMAS软件建立自卸车液压举升机构的参数化模型,以举升过程中油缸最大推力最小为优化目标,对举升机构的位置布置和几何参数进行优化设计,实现对举升机构关键位置参数的合理优化,为改进机构设计提供依据,具有较强的实用性。     

索强化剪式铰机构力学性能研究

剪式铰机构的开合过程易于控制,为可展结构的一个重要分支。基于剪式铰的可展结构展开成形后,由于剪式铰单元杆件间的相对转动特性使得结构刚度较低,在受力时表现出较强的几何非线性。为增强基于剪式铰的可展结构的刚度,该文采用索来强化剪式铰机构。该文推导了规则的索强化剪式铰单元的轴向刚度和抗弯刚度计算公式,揭示了索强化剪式铰单元承载能力和单元组成构件的相关关系,给出了有限质点法计算框架下的索强化剪式铰机构的计算分析方法,并对一个典型索强化剪式铰拱的受力性能和断索行为进行了分析。研究结果表明:索强化后的剪式铰机构在不影响机构可展性的同时提高了机构的刚度和承载能力。     

基于粒子群算法多目标优化液压支架四连杆

针对煤矿液压支架四连杆受力计算较为复杂,简化计算时易出现较大误差且稳定性较差的问题,提出从四连杆机构的空间受力出发并结合支架的运动轨迹,采用粒子群优化算法对四连杆机构展开优化研究。首先建立了四连杆优化模型,在优化模型中选取对结果影响较大的参数作为优化变量,以轨迹偏差、连杆长、连杆力之和作为目标函数,根据液压支架设计规范确定约束条件。然后使用粒子群算法对目标函数进行迭代求解并在求解过程中采用惩罚函数法解决优化模型中不等式约束问题。对比优化前后连杆的杆长、受力和稳定性数据,发现优化后的四连杆实现了轻量化,且受力较小,稳定性提高。研究结果对四连杆的设计有实际参考价值。     

混凝土湿喷机臂架系统的动力学建模与分析

 针对混凝土湿喷机臂架系统的液压油缸驱动力难以显式计算的问题,采用解析几何法和拉格朗日方程建立混凝土湿喷机臂架系统的动力学模型．将驱动油缸等效为活塞杆沿着套筒运动的二连杆机构,这样臂架成为不完全开链的十连杆机构．采用解析几何法,推导臂架杆件转角与液压油缸行程的函数关系,即臂架系统的运动学方程．在运动学基础上根据拉格朗日动力学方程,建立广义力（液压油缸驱动力）对广义坐标（油缸行程）的数学模型．仿真分析时选择了湿喷机的一个典型工作过程,利用符号运算工具MAPLE求解广义力的解析式,并导入MATLAB进行数值求解．同时,利用PRO/E的机构动力学仿真工具对臂架进行分析．对比可见MATLAB与PRO/E仿真结果相吻合,验证了混凝土湿喷机臂架系统动力学模型的正确性．最后,结合动力学模型分析驱动油缸铰点位置变化对油缸工作过程中最大驱动力的影响,结果表明原湿喷机臂架系统结构有待进一步优化．因此,该动力学模型为油缸选型和油缸受力优化提供了理论依据．     

复合材料支撑机翼撑杆位置与结构综合优化设计

针对复合材料支撑机翼,发展了一种撑杆位置和结构综合优化设计的方法。在两种严重设计载荷状态下,考虑气动弹性效应和复合材料铺层结构的不确定性,以结构质量最小化为目标,以翼尖垂直变形、翼尖扭角、撑杆屈曲稳定性、颤振速度和强度要求为约束,在一个优化过程中实现了撑杆位置和结构参数的同步优化设计和鲁棒优化设计。结果表明,翼尖垂直变形和颤振速度要求对于撑杆位置影响明显,最优的撑杆展向位置都靠近翼根一侧,同时撑杆的总体稳定性成为同步优化设计的关键约束。鲁棒优化设计得到的撑杆位置和结构参数的最优组合对铺层结构的不确定性摄动具有良好的抗干扰性,鲁棒优化得到的最优撑杆位置会随着设计变量摄动范围而变化,翼尖垂直变形成为鲁棒优化设计的关键约束。     

挖掘机器人工作装置的弹性动力学分析及优化设计

以某型挖掘机器人工作装置作为分析对象,考虑柔性单元的变形对运行精度的影响,根据机构弹性动力学理论,对挖掘瞬间的挖掘机器人的工作装置进行动力学建模及模态分析;以提高其前四阶固有频率的加权和作为优化目标函数,选取单元长度作为优化变量,采用分层递进的优化策略,对联接动臂与动臂油缸的铰点进行优化,并在此优化结果的基础上,进一步对联接动臂与斗杆的铰点进行优化。两次优化均在保持原有约束条件及性能参数的情况下,运用粒子群优化算法完成。通过性能参数对比,可以认为本次优化使挖掘机器人工作装置动力学特性得以改善。     

10 kV真空断路器弹簧操动机构合闸传动优化设计

真空断路器弹簧操动机构中四杆机构杆件结构与合闸弹簧参数对动触头合闸速度和位移特性具有直接影响,包括冲程弹跳与机构磨损量等。以10kV断路器用弹簧操动机构为对象,采用SolidWorks软件建立运动系统三维模型;引入动力学仿真软件ADAMS对三维模型进行运动特性分析。在保证分闸储能位分闸弹簧压缩量不变的条件下,以连架杆与连杆尺寸、合闸弹簧预紧拉力为优化变量,以动触头最高瞬时速度最低和相对杆长之和最小为目标,采用DOE参数化分析方法对机构进行多参数多目标优化设计,以调控机构输出特性。     

液压挖掘机工作装置三缸联动时的运动分析

本文在分析挖掘机工作装置三缸联动时的运动情况时,引入机构结构学中的拓朴概念,先利用解析法分析工作装置中三类单开链基本单元的运动,然后再用序开链法分析机构的运动状态,最后,分别利用单开链法和复数矢量法编程计算出工作装置各铰支点的运动位置、速度、加速度,并进行比较,以证明我们的方法的正确性,为工作装置的受力分析、疲劳寿命估算、可靠性分析及优化设计提供了基础。     

既有桥梁对相邻车-桥系统气动力的影响分析

为了研究既有桥梁对相邻车-桥系统气动力的影响,通过节段模型风洞试验,测试了考虑、不考虑既有桥梁干扰工况下相邻车-桥系统的气动力系数,数值模拟了作用在车-桥系统上的抖振力时程,并计算了抖振力极值。结果表明:既有桥梁对相邻车-桥系统气动力的影响显著,导致部分工况下列车、桥梁的气动力显著增大,结构设计中应充分考虑邻近桥梁的气动影响;车-桥系统中列车的气动力受既有桥梁的影响更大;受既有桥梁影响,不同工况下,列车横向力系数最大增幅、减幅分别为39.3%和-143.1%,列车升力系数最大增幅、减幅分别为52%和-68.2%;不同工况下桥梁阻力系数均减小,且最大减幅为-22.4%;迎风侧列车抖振横向力、抖振升力幅值均显著增大,背风侧列车抖振力幅值变化相对较小;桥梁抖振力阻力幅值减小,抖振升力和抖振升力矩幅值略有增大;列车抖振横向力、抖振升力的极值增幅分别为35%和67%;桥梁抖振阻力的极值减幅为-22.9%,抖振升力、抖振升力矩的极值增幅分别为48.5%和37.5%。     

Optimization of a Low-Voltage Load Switch for a Smart Meter Based on a Double Response Surface Model

The existing electric energy meter load switches have issues such as a low electrical life, poor resistance to short-circuit currents, high contact point resistivity and severe heating. Research has thus been conducted on the optimization of the electric energy meter built-in load switch mechanism to establish a double response surface model for the electromagnetic attractive force and reed reaction force. The model introduces a niche fitness sorting strategy and a Gaussian mutation mechanism that are based on the standard particle swarm algorithm and form an improved multi-objective particle swarm optimization algorithm in which the static attractive force is regarded as the optimization objective. The multi-objective optimization of the structural parameters of the electromagnetic system and the reed system was carried out, and the optimization results were applied in the devices’ design and implementation. The new structure improves the electromagnetic suction and reed force at the suction position. And the results from simulation show that the proposed method exceeds that of the back propagation neural network method in achieving the optimization goal and the new structure can effectively improve the performance of meter built-in load switch by avoiding the recoil phenomenon.     

Design of deployable bistable structures for morphing skin and its structural optimization

The morphing skin is the surface of a deployable frame which can change its shape to present optimal performance in all stages of a task for an aerospace vehicle. This article proposes a deployable frame with low kinematic error and high stability. Mechanical design and optimization of the deployable mechanism are developed, and specifically the analysis model of the deployable mechanism is established by the use of extendable units. The genetic algorithm is employed to find the optimal geometric parameters of the foldable structure. Furthermore, the design method of a bistable compliant mechanism is investigated to achieve the bistability. An example of a morphing leading edge (MLE) is analysed using the proposed method. The results show that the position errors converge to the optimal solution which supplies the minimum value. Numerical analysis indicates that the mechanism can provide two bistable positions for the actual use of the MLE.     

考虑三维圆柱铰间隙碰撞的空间机构柔性多体动力学分析方法

三维圆柱铰的动态性能对空间机构的运动精度和动力学特性有着重要的影响。基于多体动力学方法和刚体有限元方法,提出考虑三维圆柱铰的间隙碰撞和动态接触作用的空间机构柔性多体接触动力学方法。采用圆柱-圆柱的线接触力学模型和切片法,计算圆柱-圆柱的接触变形量和接触力,建立三维圆柱铰的轴销与轴套之间的间隙碰撞作用和三维动态接触关系。以等效刚体单元和Timoshenko梁单元描述柔性杆件的刚性有限元模型,建立柔性连杆和三维圆柱铰的具有多刚体系统的统一形式的动力学方程。计算分析了含三维圆柱铰的空间机构的运动精度和动力学特性,获得空间机构的位移响应,三维圆柱铰的相对运动轨迹和动态作用力等动力学响应。采用三维圆柱-圆柱动态线接触方法,能有效地预测空间机构系统的三维圆柱铰持续接触、间隙碰撞状态和摩擦作用下的动力学特性。计算结果表明三维圆柱铰的间隙碰撞作用对空间机构的运动精度和动态特性的影响较为显著。动力学模型和计算结果对复杂工况下高精度多间隙的空间机构的动态设计和动力学研究具有重要的理论意义。     

汽车车身耐撞性设计参数的区间稳健性优化

基于区间分析,提出了一种考虑公差的汽车车身耐撞性稳健优化设计模型,可在有效降低耐撞性能对设计参数波动敏感性的同时实现公差范围的最大化。该模型首先利用对称公差来描述汽车碰撞模型中车身关键耐撞部件的主要尺寸、位置和形状等设计参数本身的不确定性,然后将参数设计和公差设计相结合,建立了以稳健性评价指标和公差评价指标为优化目标,设计变量名义值和公差同步优化的多目标优化模型。再次,利用区间可能度处理不确定约束,将该优化模型转换为确定性多目标优化模型。最后,将该模型应用于两个汽车耐撞性优化设计问题,并通过序列二次规划法和改进的非支配排序遗传算法进行求解,结果表明该方法及稳健优化设计模型可行且实用。     

推料四杆机构参数优化与运动精度分析研究

目的 对于四杆机构在包装推料应用中,其运动轨迹与理论要求差别较大,不能很好地满足高精度包装产品需求的问题,拟采用改进蚁群算法来优化四杆机构几何参数。方法 引入二维坐标系建立四杆机构几何参数,通过数学关系式推导运动轨迹点的坐标方程式。分析四杆机构几何参数变量,构造多目标优化误差函数,添加四杆机构运动约束条件。引用改进蚁群算法对四杆机构几何参数进行多目标优化,采用数学软件Matlab对优化结果进行误差仿真验证。结果 仿真结果表明,四杆机构参数优化后,横向和纵向的平均误差、均方根误差降低,横向的平均误差和均方根误差分别降低了55.9%和59.1%,纵向的平均误差和均方根误差分别降低了56.7%和53.5%。结论 采用改进蚁群算法优化四杆机构几何参数,提高了四杆机构在包装中的定位精度。     

圆柜内机缓冲衬垫多目标优化设计

目的 基于有限元软件研究圆柜内机包装件静态载荷下的力学特性，并进行多目标优化设计。方法 利用CREO建立三维模型、ANSYS Workbench建立有限元模型，对圆柜内机包装件进行静力学分析。以上缓冲衬垫的5条筋条厚度和2侧壁厚作为设计变量，以上缓冲衬垫的质量、包装件的最大变形量和最大等效应力作为目标函数建立优化模型。基于OSF试验设计方法和Kriging模型，采用多目标遗传算法进行多目标优化设计。结果 优化前的包装件最大变形量为1.511 3 mm，最大等效应力为0.327 6 MPa。优化后包装件的筋条和侧壁厚度显著降低，上缓冲衬垫质量减少了27%，整体强度无显著降低。结论 建立的多目标优化设计方法合理且Kriging模型精度较高，在保证缓冲防护效果的基础上，实现了轻量化设计，降低了包装成本。     

基于Ansys Workbench的快装箱多目标优化设计

目的研究快装箱在压力作用下的静态特性,并对其结构进行多目标优化设计。方法通过Ansys Workbench建立快装箱的几何模型和有限元模型,对快装箱进行静态分析。以快装箱的各箱板厚度和各钢边厚度为设计变量,以快装箱的质量、最大变形量和最大等效应力为目标函数建立多目标优化的数学模型,对快装箱进行多目标优化设计,并且分析对比优化前后的结果。结果通过分析获得的优化前后快装箱的箱板厚度和钢边厚度都有所减小,在保证强度和刚度的条件下,使得总质量减少了9.018%。结论经分析快装箱的多目标优化设计是合理的,在满足使用要求的前提下,减少了总质量,节约了材料,降低了成本。