有限元技术在基于能量平衡的机床动态设计中的应用

结构动态系统的能量平衡是实现机床结构动态设计的依据之一.文中尝试将有限元技术应用于基于能量平衡的机床结构动态设计,在介绍结构动态系统能量分析方法的基础上,针对结构动态系统的有限元模型,提出定量描述结构动态特性优劣的方法,通过算例对悬臂梁结构的集中参数模型能量分析结果与有限元能量分析结果进行比较,并以有限元能量分析实现悬臂梁结构的改进.结果表明该结构动态设计技术具有明显的优越性,最后将该技术应用于某平面磨床结构的动态特性分析,找出该磨床结构的薄弱环节,对该磨床结构的优化设计起到指导作用.     

基于能量平衡原理的机床动态性能研究

对基于能量平衡的机床动态设计技术进行了研究,提出将能量平衡原理的动态优化设计方法与有限元法相结合,从能量的角度分析机床的薄弱环节以及动态特性,并将该方法应用于SL-500/Hz超精密平面磨床的动态分析。     

基于能量平衡原理的机床结构动态优化

提出了一种基于能量平衡原理的机床结构动态优化的方法,通过提高机床部件能量分布的均匀性来提高机床动态性能.以数控雕铣机龙门架的动态性能优化设计为例,对这一方法做了具体的阐述.首先,利用有限元软件模态分析确定出部件危险模态的固有频率及振型;然后,根据能量分布确定出动能和势能集中的区域,再根据能量平衡原理对零件结构进行优化;...     

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。     

龙门起重机结构动态优化设计

鉴于当前起重机静态设计与分步计算法的局限性,提出基于ANSYS软件的龙门起重机结构动态优化设计。以龙门起重机整体结构为研究对象,以整机总重量为动态优化设计的目标,以强度、刚度和动位移等作为约束条件,通过灵敏度分析以及系统的瞬态动力学分析,建立龙门起重机整机结构动态优化的数学模型,应用有限元分析软件ANSYS中的APDL参数化分析技术对该龙门起重机进行动态优化设计。设计结果表明在满足约束条件下,可减轻整机结构的重量约9.57%,降低了制造成本。     

五轴联动加工中心主轴系统的结构优化

对五轴联动加工中心主轴系统进行动力学仿真分析,对原主轴系统的轴承支承系统和主轴结构进行了动态优化设计。提出了双排轴承的设计方案。对于主轴结构,论文建立了以主轴前端动态变形最小为目标函数的优化模型,并对主轴结构进行了优化设计,从而提高了主轴系统的静力学和动力学特性,满足了设计要求。     

混合驱动柔索并联机器人系统集成设计

混合驱动柔索并联机器人是机电高度集成系统,其动态性能由结构系统和控制系统共同决定。为了提高混合驱动柔索并联机器人整体系统的动态性能,并考虑到其结构系统和控制系统的密切耦合关系,对混合驱动柔索并联机器人的结构系统与控制系统进行集成优化设计。描述混合驱动柔索并联机器人系统的结构和运动过程;根据闭环矢量原理和机构的几何特征,对混合驱动柔索并联机器人进行运动学分析;基于Lagrange方程,推导出混合驱动柔索并联机器人的动力学模型;讨论优化过程中涉及的设计变量、约束方程表达式和目标函数,建立混合驱动柔索并联机器人系统的集成优化模型。结合实例,对混合驱动柔索并联机器人系统进行分离优化设计和集成优化设计的数值仿真比较研究,结果表明,集成设计方法能够使系统获得更好的动态性能。     

液压平衡回路动态特性仿真分析及实验研究

以一种液压举升系统的平衡回路为研究对象,根据实际工况,对平衡液压缸负载、平衡阀弹簧刚度及预紧力、控制阻尼孔大小等主要结构进行参数计算。运用AMESim仿真软件建立液压平衡回路的仿真模型,设置相关仿真参数并进行动态特性分析。设计了试验回路,对仿真的平衡回路进行台架试验,验证仿真分析的正确性,得出适当调整弹簧刚度、阻尼孔等结构参数可提高液压平衡回路工作性能,为液压平衡回路的优化设计及参数匹配提供借鉴。     

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。     

热轧钢卷吊具的动态优化设计

结合Pro/E强大的参数化功能,运用Pro/MECHANICA有限元分析模块,能够实现与Pro/E的完全无缝集成。本文利用该优点,运用Pro/MECHANICA高效的变量分析方法和结构动态设计原理,对热轧钢卷吊具进行动态优化设计。运用结构中重要的设计参数,对吊具主连杆进行动态优化设计,使其结构尺寸在满足强度的条件下更加合理。由此证明在Pro/MECHANICA环境下进行优化设计是一种极其有效的设计方法,能够广泛运用于各种机械结构中,对生产实践有着重要的指导意义。     

HEV电动力能量计算机动态监控系统的研究

从能量传递和平衡观点出发,提出了基于电功率的混合动力电动汽车(HEV)电动力能量计算机动态监控的原理,设计了HEV电动力能量的计算机监控系统,从系统的数学建模方法和实验结果两方面论述该系统的方法可行性和实用性     

五轴联动加工中心主轴系统的结构优化

对五轴联动加工中心主轴系统进行动力学仿真分析,对原主轴系统的轴承支承系统和主轴结构进行了动态优化设计.针对主轴前端的单排轴承的不足,提出了双排轴承的设计方案.对于主轴结构,论文建立了以主轴前端动态变形最小为目标函数的优化模型,对主轴结构进行了优化设计,从而提高了主轴系统的静力学和动力学特性,满足了设计要求.     

龙门起重机结构系统的动态优化设计

对龙门起重机动态性能影响最大的动态特性参数通常是其动刚性,即在满载情况下,龙门起重机结构系统在垂直方向的最低阶固有频率。因此,在动态优化设计中往往以提高龙门起重机结构系统的动刚性,来提高整机的动态性能。本文利用大型通用有限元分析软件ANSYS对集装箱龙门起重机结构系统进行基于动态特性的优化设计,使产品在设计阶段就可以预测其动态特性,这样可有效减小系统的振动,提高整机工作性能。     

满足可靠性要求的桥式起重机金属结构优化设计

对桥式起重机金属结构系统,应用有限元分析软件Ansys构建全面与合理的结构分析模型,综合考虑桥式起重机金属结构设计中材料属性、尺寸参数及起升载荷具有不确定性,采用Monte—Carlo法中的LHS技术,进行结构有限元分析、可靠性分析和灵敏度分析,确定优化变量,进行结构优化设计,得出最优设计方案。结果表明：可靠性优化设计能够将桥式起重机失效发生控制在一个可以接受的水平,在结构系统满足可靠性要求的同时,优化设计使结构质量减轻,使产品的使用性能和经济性能达到了较好的平衡。     

多跨转子系统频率可靠性灵敏度与稳健设计

以多跨转子系统H858型离心式压缩机为研究对象,利用MSC.Patran&Nastran有限元软件对该转子系统弯曲振动情况下的固有频率进行分析,依据动态结构系统固有频率与激振频率差的绝对值不超过规定值的关系准则,定义随机动态结构系统的失效模式,并以频率可靠性理论为基础,根据结构系统失效模式为串联模式的定义,推导出参数为正态分布的系统的频率可靠度及其频率可靠性灵敏度的计算公式,同时将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度技术与稳健设计方法相结合,将频率可靠性灵敏度融入到可靠性优化设计模型中,建立频率可靠性稳健设计的模型。并将频率可靠性灵敏度理论与稳健设计方法应用到多跨转子系统的可靠性相关问题分析中,进一步验证该理论的有效性,为工程实际中转子系统的设计提供理论依据,具有一定的现实意义。     

液力缓速器制动系统的能效分析

针对液力缓速器能量耗散特征,建立液力制动系统平衡方程,通过效率分析,揭示液力缓速器内流场能量转换与传递,为液力缓速器制动性能的优化设计提供能效分析方法及理论基础。     

齿轮系统减振设计的结构灵敏度分析

从建立齿轮系统的动力学模型出发,采用现代矩阵摄动理论研究了齿轮系统特征值灵敏度分析方法,通过计算实例论述了齿轮系统减振设计结构灵敏度分析的具体应用,得出了对设计有指导意义的结论,为开展齿轮系统的动态优化设计奠定了基础。     

某型重卡平衡悬架结构综合优化设计

针对某型重卡平衡悬架结构存在V型推力杆安装困难和结构冗余、质量大的问题,根据企业需求,改铆接横梁为整体铸造式横梁并且不改变原有平衡轴支架铸造工艺的前提下,对其结构进行综合优化设计。为满足制造工艺和装配工艺要求,先确定了其基础结构模型;以此为优化对象,在极限工况下,以降低结构总质量为目标,以结构强度为约束条件,对平衡悬架系统进行拓扑优化设计;根据拓扑结果,应用形状和尺寸优化方法并结合铸造工艺和设计经验对其结构进行详细设计,得到了最终的综合优化设计结果。优化后结构,在符合企业工艺要求的同时解决了实际装配问题;在满足强度的前提下,达到了轻量化目标,这对平衡悬架的结构改进有重要的参考价值。     

高架桥式高速五坐标龙门加工中心动态仿真与结构优化

在大型高架桥式、高速、高精度五坐标龙门加工中心的动态设计中,通过动态测试的方法获得导轨结合面的特性参数,并将其应用到数字仿真模型中,提高模型的精度。在结构动态分析中采用刚体与柔性体结合的仿真方法,对加工中心的关键部件进行柔性化,分析其对系统相应的影响,并在此基础上对这些主要部件进行结构优化设计,提高系统的动态特性。     

光电跟踪系统的结构动力修改及优化分析

为解决跟踪系统机架设计中降低转动惯量与提高刚度的矛盾,使机架质量分布更加合理,对跟踪系统的内框转架进行了基于动态特性的优化设计.采用有限元法和目标函数的灵敏度分析对内框转架进行了动态特性计算分析,并基于人工神经网络对框架进行了动力模型修正,在动态特性计算分析及修正后的框架动力模型的基础上,针对框架受力及变形的特点,进一步提出了框架变结构的优化设计方法,得到了更理想的框架结构.