基于等效静态载荷法的平衡吊臂架结构优化

将等效静态载荷法(ESLM)应用于平衡吊臂架系统的动态优化设计中,提出了平衡吊臂架系统动态拓扑优化后的部件构型。通过HyperWorks软件中的Motionview模块对平衡吊臂架系统进行动力学分析,得到了最大动态应力;运用等效静态载荷法,将动态载荷转化为等效静态载荷,进而在OptiStruct模块中实现平衡吊臂架系统在动应力约束下的拓扑优化设计;得到的动态优化设计结果为平衡吊臂架系统的结构设计提供了参考。     

基于ESLM的机械系统动态响应优化算法研究综述

相比于静态优化技术的成熟研究与应用,由于动态约束一般很难处理,动态响应优化一直是系统优化设计领域的热点和难点。基于系统响应场等效思想将结构动态响应优化问题转化为静态优化问题的等效静态载荷算法(ESLM),为机械系统动态优化设计提供了新的途径,基于ESLM的系统动态响应优化理论在不同机械系统设计领域展露出巨大的市场应用前景。文中总结分析了目前结构动态特性优化算法与结构动态响应优化算法的研究及应用现状,重点针对近十年来基于ESLM的结构动态响应优化算法的研究进展进行综述,探讨了基于ESLM的动态响应优化技术的研究趋势,力求为机械系统优化技术研究提供新的研究思路,为其应用于重大科学工程奠定基础。     

等效静态载荷法对高速轻载机构的影响因素研究

等效静态载荷法(Equivalent Static Loads Method,ESLM)是一种能够解决大多数非线性动力学系统动态响应优化问题的有效方法。针对ESLM应用在高速轻载机构优化上的不足,以焊头摆杆机构拓扑优化为例,研究ESLM内循环迭代次数和体积分数约束这两个因素对优化结果的影响情况。测试结果表明:ESLM内循环迭代次数和体积分数约束是影响高速轻载机构优化的两个重要因素。为提高优化结果,使高速轻载机构获得更好的动力学性能,应该限制ESLM的内循环迭代次数,并通过试验对比来确定最优的体积分数约束。     

基于关键时间点的能量等效静态载荷法及结构动态响应优化

基于位移的等效静态载荷法是目前解决动态约束处理困难、计算收敛性差的结构动态响应优化问题的有效途径,针对位移等效静态载荷法的优化结果不准确、工程实用性差等不足,提出一种基于能量等效的动态载荷静态转化方法。该方法通过结构在动、静态载荷作用下能量变化关系推导,分析能量等效的基本原理,在载荷等效转化时刻识别基础上,进一步构建了基于能量等效理论的动态载荷等效静态转化的优化模型,最后应用全局优化算法求解找到了等效静态载荷,并以文献经典算例——124杆桁架结构为例验证方法的有效性和准确性;将理论研究成果应用于发动机活塞的动态优化设计中,验证了方法的工程实用性,同时为基于等效静态载荷法的结构动态响应优化设计提供了一种新的思想。     

针对结构动态非线性优化问题的ESLM梯度优化方法

针对等效静载荷法(Equivalent static loads method,ESLM)求解大变形和多变量结构动态非线性优化问题难以收敛与效率较低的不足,结合结构静态线性优化方法与最速下降法(Steepest descent method,SDM)提出一种高效的基于梯度的等效静载荷法(Equivalent static loads method based on gradient,ESLMG),根据结构动态非线性分析计算得到基于节点位移等效的静态载荷,从而将结构动态非线性优化问题转化为以等效载荷及节点位移为输入条件的结构静态线性优化问题(内层循环);利用内层循环最优解处的梯度信息,同时结合SDM方法更新设计变量(外层循环);将更新的设计变量值作为下一次迭代内层循环的初始值,直到满足收敛条件为止。该方法在保证算法收敛性的前提下,提高了收敛速度。算例表明,该方法对于处理大变形及多变量结构动态非线性优化问题非常有效,在收敛速度方面相比ESLM方法和数值优化算法具有很大的优势。     

基于Pointer优化器的柴油机连杆结构动态优化设计

为了准确地实现柴油机连杆结构的优化设计,根据发动机实际工作循环中连杆组受到的动态载荷数据,对其进行瞬态分析;依据等效静态载荷法的思想对其动载荷进行等效静态计算,并求得连杆组实际工作循环中的等效静态载荷;最后,对连杆组的杆身9个重要部位进行参数化设计,并通过Pointer优化器对该连杆组进行结构优化设计,优化后连杆杆身质量减小12.03%。Pointer优化器融合了序列二次规划法、线性单纯型法、下山单纯型法以及遗传算法,在多参数复杂结构优化设计中具有更高的求解效率。     

基于等效静态载荷法的高速轻载机器人的结构动态优化设计

机构在高速运动时将产生较大的惯性力,导致弹性部件的变形而影响定位精度。高速轻载机器人的载荷主要由惯性力引起,而传统结构优化方法无法处理各构件惯性力互相耦合的特点。基于等效静态载荷法(ESL),可将非线性柔性多体系统动力学分析与线性结构静态优化相结合,实现在动态载荷下对结构部件的优化来处理各构件惯性力相互耦合的特点。根据此方法运用两种不同优化形式在Hyper Works中进行拓扑优化设计:一种是对多个部件同时优化分析,另一种是对多个部件单个优化分析(单个优化之后,再进行组装分析)。结果表明,两种优化方法对机构的优化均有一定效果。但在同等约束条件的情况下,对多个部件同时优化要优于对多个部件单个优化,说明该方法对高速轻载机器臂的优化设计是有效的。     

基于Pro/MECHANICA的灵敏度分析与结构优化设计

以双四杆飞剪机剪切机构为例,研究了Pro/MECHANICA环境下机械零件的灵敏度分析与结构优化设计.建立了双四杆飞剪机的三维模型,对其连杆结构进行了静态分析,通过灵敏度分析确定连杆结构的重要设计参数.以变形最小为目标函数,完成了连杆结构的优化设计.研究表明,该方法可以有效地提高优化设计的效率.     

机构优化设计综述与研究

简要介绍了优化设计的一些基本概念和常用方法。在优化设计理论知识的的基础上,对平面四杆机构和蜗杆传动机构做了具体的优化设计研究。应用现代优化设计理论技术建立机构优化设计的数学模型后,结合MATLAB软件,论证了MATLAB在机构优化设计中的应用。并且对优化后的优化平面四杆机构作了动态仿真。结果表明,优化后的机构具有确定的几何尺寸,能够满足运动学要求,并能实现给定的运动规律。     

平面四杆机构的优化设计及运动仿真

分析平面四杆机构的基本特性,研究并简化了平面四杆机构的数学模型,并在此基础上对数学模型进行编程求解。利用SolidWorks按照优化数据对四杆机构进行三维造型,在COSMOSMotion中对四杆机构进行运动仿真和分析,得到测量数据,再对测量数据和期望数值进行对比分析,最终检验了优化设计结果。     

Reducing undesirable vibrations of planar linkage mechanism with joint clearance

An optimization design method is presented to reduce the undesirable vibrations caused by clearance for planar linkage mechanism. A clearance joint is defined and considered a contact/impact force constraint. Contact and impact force models for the clearance joint are established using a normal contact force model based on Hertz model with energy loss and a tangential friction model based on modified Coulomb model with dynamic friction coefficient, respectively. In view of the clearance joint, dynamic equations and optimization method for a planar four-bar mechanism are then presented as an application example. The optimization aims to minimize the maximum absolute acceleration peaks of the mechanism by determining the link lengths of the planar linkage mechanism. Finally, the optimization design is solved by a generalized reduced gradient algorithm. Results show evident decrease in vibration peaks of the mechanism and obvious reduction in the contact forces in the clearance joint, which contribute to a good performance of planar linkage mechanism systems.     

基于人工神经网络和优化技术的连杆机构综合

本文探索了把人工神经网络与优化方法相结合起来综合一个合适的连杆机构，来实现用户要求的曲线运动轨迹。作为实例，着重讨论了平面铰链四杆机构的设计方法。     

柔顺机构柔顺关节的动应力分析

以伪刚体动力学模型为基础，对一个平面柔顺导向四杆机构柔顺关节处的动应力进行了详细的分析，并针对柔顺机构运动特点研究了柔顺杆的运动效果对动应力的影响，给出了数值算例，验证了结论的正确性。     

平面连杆机构的CAD及动态模拟

本文以平面连杆机构设计的机构封闭矢量方程解析法为基础，对于平面四杆机构设计中实现连杆预定位置、实现轨迹及实现连架杆对应位置这三类问题，建立了ＣＡＤ的计算系统和相应的机构运动再现的动态模拟显示系统。并能有效地在微机上完成初始值的确定、精确求解、结果验证和一些检验项目等内容，从而可形成一套较实用的平面机构设计的ＣＡＤ系统。     

平面四杆机构近似导引综合的优化--混沌方法

将优化方法与混沌迭代算法相结合，以平面铰链四杆机构的近似导引综合为例，研究了平面连杆机构的近似导引综合问题的优化一混沌方法，得到了能近似实现给定运动条件的多个机构方案，使机构运动综合的多方案优选成为可能。     

平面四杆机构综合数值比较法的研究

提出了平面四杆机构综合（包括函数综合、轨迹综合和导引综合等三类基本问题）的数值比较法。在研究了四杆机构的连杆转角曲线和主从动连架杆转角曲线的基本特征后,根据当今计算机的强大的计算、存储、比较、检索与图形能力,对四杆机构综合的三类基本问题提出了相应的转化方法,均可以求出一系列基本满足给定要求的解,而后再根据每类问题提出的约束条件进行优化,得到满意解。利用该软件开发的软件可实现连杆机构综合的自动化与可视化。     

Optimum synthesis of the four-bar function generator in its symmetric embodiment: the Ackermann steering linkage

The problem of optimum synthesis of the planar four-bar function generator is investigated and the practical case of the Ackermann steering linkage considered as an example. The reduced number of design parameters of this symmetric four-bar linkage allowed inspecting the design space of various types of objective functions through 3D representations, and their properties suggestively highlighted. For practical purposes, the numerical results were summarized in a set of parametric design-charts useful to the automotive engineer in conceiving the steering linkage of a new vehicle.     

液压支架的分析优化

液压支架是煤矿机械化综采工作面的关键设备,随着综采技术的发展,对液压支架设计的要求越来越高。现在很多煤矿企业仍然停留在手动优化四连杆参数的阶段,导致设计出的液压支架顶梁轨迹摆幅大,并且优化工作耗时长。介绍了液压支架设计技术、流程。分析其运动轨迹和受力,建立运动学和平面力学分析模型,采用多目标数学模型参数优化的分析方法,对支架四连杆机构进行了优化设计。     

往复杆垂直输送机构结构优化设计

往复杆式输送机广泛的应用于白车身焊装线,是焊装线输送的一项关键设备。采用电驱动,通过四杆机构实现垂直输送能满足当前对焊装线输送的高节拍要求;使用ADAMS软件对此机构进行了运动学分析,得到了机构结构尺寸和驱动电机所需提供扭矩的关系,便于分析机构受力和驱动电机选择。通过将各杆长度和相对位置定义为设计变量,兼顾传动效率的要求,以所需驱动电机扭矩最小为目标对机构进行了优化设计。优化后,电机所需最大扭矩下降了8%,机构结构更加紧凑,很好地满足了使用要求。