Stewart型指尖力传感器结构尺寸对其灵敏度的影响研究

研究了基于灵敏度性能的Stewart平台型六维指尖力传感器结构参数的设计方法。分析Stewart型指尖力传感器的力与应变关系,并定义其灵敏度评价指标,给出传感器结构尺寸对其灵敏度评价指标的影响曲线,这对实现合理设计Stewart平台型指尖力传感器的结构很有意义。     

冗余并联结构六维力传感器及其超静定静力映射解析分析

提出采用冗余并联结构作为大量程大测力板六维力传感器的弹性体结构。基于整体刚度和变形协调条件,提出一种求解冗余n-SS(n>6)并联Stewart结构六维力传感器超静定受力分析的解析方法,导出了n个分支杆轴向力与六维外力之间的全映射关系。通过解析分析分块矩阵的广义逆,得到了当各分支杆刚度一致或不一致时形式统一的各分支杆轴向受力分析的求解方法。最后,利用数值算例验证了上述两种方法的正确性,并表明采用广义逆矩阵求解冗余并联结构各分支杆轴向力不仅形式简洁,而且易于计算机编程实现,具有重要的应用前景。     

基于灰色关联分析的碳纤维增强树脂复合材料控制臂铺层优化

采用碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)对悬架控制臂进行轻量化设计,为了充分发挥CFRP优异的力学性能,对CFRP控制臂进行多目标铺层优化。基于CFRP力学性能试验结果构建控制臂有限元模型,并通过有限元仿真对比分析钢质控制臂和CFRP控制臂结构性能。综合考虑质量、模态频率、刚度和强度等性能,基于正交试验设计方法,并结合灰色关联分析和主成分分析,对CFRP控制臂铺层参数进行多目标优化,确定最优铺层方案。结果表明,相比于原钢质控制臂,除纵向刚度略有下降外,CFRP控制臂其余结构性能指标均有所改善,并且质量降低40.23%,减重效果显著。     

弱撞击式对接机构对接性能试验台六维力测量单元在线校准技术研究

分析研究了弱撞击式对接机构对接性能试验台在线校准技术,针对试验台六维力测量单元工作原理和试验台结构特点,开展试验台六维力测量单元在线校准方法研究。基于伺服电机控制器和行星丝杠结构的传力机构设计结构紧凑的高精度标准力源加载机构,并研制轻便可控、准确定位的六分量力计量工装来解决试验台六维力在线校准中平稳施力和基准同一的技术难点,研制六维力测量单元在线校准装置,实现对弱撞击式对接机构对接性能试验台六维力测量的量值溯源。     

重载并联六维力传感器及静态标定

针对传感器重载小尺寸需求,提出一种具有混合分支的重载并联六维力传感器,分析了其结构特点和测量原理。搭建了重载并联六维力传感器标定系统,为改善维间耦合及制造误差等对测量精度产生的影响,从标定算法及模型优化方面对其进行了研究。分别利用最小二乘法和BP神经网络算法对加载实验数据进行了处理,分析结果表明BP神经网络算法要明显优于最小二乘法,并通过数据随机分组测试验证了结果的正确性。基于BP神经网络,提出了一种基于人工鱼群算法的BP神经网络算法,并采用优化后的BP神经网络标定算法对实验数据进行了计算分析,结果表明优化后的BP神经网络计算结果较好且稳定,不易陷入局部极值。     

基于Stewart并联调姿平台的六维力测量与不确定度分析

在分析六维力静态解耦算法的基础上,提出基于牛顿迭代法的动态六维力解耦算法,构建六维力测量模型,基于蒙特卡洛仿真法实现了六维力测量不确定度评定算法,并设计相关试验算例进行验证.结果显示,六维力在X轴与Y轴方向的力分量测量不确定度分别为0.011 3N和0.011 4N,绕Z轴的力矩分量测量不确定度为0.008 3N·m.研究结果可以为Stewart并联调姿平台六维力测量的应用提供一定借鉴.     

六维力传感器动态特性研究中的若干问题

本文对六维力传感器动态性能研究中的相关问题作些探讨,主要包括六维力传感器动态性能的标准问题、建立六维力传感器动态模型的理论和方法、传感器动态补偿器的设计与实现、实际实验结果和数据分析等部分,虽然本文讨论的问题是以六维力传感器作为研究对象,相信对其它种类传感器的研究也会有一定的借鉴作用.     

四柱式力传感器固有频率提升研究

为研制高动态性能的四柱式力传感器,基于机理分析法,建立了四柱式传感器固有频率模型,得到了通过改进四柱式传感器结构参数来提高四柱式传感器固有频率的方法,并通过Solidworks仿真与标准锤击法实验验证了该方法的正确性。研究结果表明：四柱式传感器的固有频率主要由其四立柱的结构参数决定,增大四立柱横截面长度或宽度,降低柱体高度,有利于提高其固有频率。研究结果也指出,除改进四柱式传感器结构外,增大材料弹性模量,降低材料密度,也能进一步提高其固有频率。     

垂向动磁式压电振动能量收集器建模及实验研究

该研究展示了一种垂向动磁式压电振动能量收集器,利用垂向磁铁的非线性力改善了单一悬臂梁的收集性能;为了对该结构进行设计分析与参数优化,建立了集总参数理论模型,利用仿真对多种模式进行了研究。聚焦于低频排斥模式,利用实验开展进一步研究;使用铝合金与压电纤维材料MFC搭建了实验平台,并验证了系统的能量收集性能。实验结果表明,该结构能够有效优化能量收集性能,且在误差允许范围内,数值仿真可有效预测结构性质;基于仿真及实验,对结构中的磁铁间距及磁感应强度参数进行研究并进行了最优化,在最优化参数下带宽可提高40.6%,峰值功率可提高42.7%。     

基于降阶模型的水下结构振动主动控制仿真及实验研究

基于降阶模型对水下结构振动的主动控制进行了仿真及实验研究,并取得了较好的抑制振动的效果。基于结构在可压缩流体加载下的无阻尼实模态矩阵建立了水下结构的降阶模型,由于维数的降低,进而能够设计出相对简化的主动控制系统,减少传感器和作动器的数量。通过线性二次型最优控制和结构主动变刚度控制两种方法对水下结构振动进行了主动控制仿真,均使结构振动有所下降。仿真结果显示线性二次型最优控制能够降低结构振动的峰值,而结构主动变刚度控制能够将结构的固有频率按照需要进行改变。还通过水下平板振动主动控制模型实验,验证了主动控制技术对水下结构的减振效果。     

The role of morphology and crystallographic structure of metal oxides in response of conductometric-type gas sensors

This review paper discusses the influence of morphology and crystallographic structure on gas-sensing characteristics of metal oxide conductometric-type sensors. The effects of parameters such as film thickness, grain size, agglomeration, porosity, faceting, grain network, surface geometry, and film texture on the main analytical characteristics (absolute magnitude and selectivity of sensor response (S), response time (τ_res), recovery time (τ_rec), and temporal stability) of the gas sensor have been analyzed. A comparison of standard polycrystalline sensors and sensors based on one-dimension structures was conducted. It was concluded that the structural parameters of metal oxides are important factors for controlling response parameters of resistive type gas sensors. For example, it was shown that the decrease of thickness, grain size and degree of texture is the best way to decrease time constants of metal oxide sensors. However, it was concluded that there is not universal decision for simultaneous optimization all gas-sensing characteristics. We have to search for a compromise between various engineering approaches because adjusting one design feature may improve one performance metric but considerably degrade another.     

扭矩扳手检定装置受力杆结构优化分析

利用ANSYS Workbench对扭矩扳手检定装置受力杆进行静力学分析,模拟其对扭矩扳手进行扭矩值检定时受到应力、应变及变形的情况,根据得到的数据对其进行结构优化设计、轻量化设计。     

飞行器机翼气动/结构耦合优化设计研究

基于CFD/CSD耦合数值计算,以升力特性为优化目标,采用响应面算法优化光固化树脂材料的轻质F4风洞模型构型,寻得6个优化解,并采用光固化快速成型技术(SL)制作这6个F4风洞实验模型。实验结果表明:6个模型升力特性与国外静气动弹性修正后的结果较接近(特别是6#模型最为接近机翼弹性变形的三维效果),初步证明该文发展的气动/结构耦合优化设计方法基本可行,既为基于SL技术的轻质模型高速风洞应用提供了支持,又为多气动参数的飞行器气动/结构耦合优化和风洞试验数据静弹性修正建立了工作基础。     

桥式龙门铣床横梁结构设计与优化

横梁作为桥式龙门铣床的主要运动部件，其结构设计的优劣直接影响机床整机的工作性能。为此，提出了一种基于正交试验设计、改进模糊综合评价和尺寸灵敏度分析的横梁结构设计与优化方法。针对横梁多因素多水平的结构设计特点，采用正交试验设计挑选出8种具有代表性的参数组合作为横梁结构设计方案。运用改进模糊综合评价法对有限元仿真数据进行处理，确定参数组合为"箱中箱式-井型-20 mm-线轨"的横梁优选方案，并对其关键设计尺寸进行灵敏度分析与优化，得到横梁结构具体的设计尺寸。优化后，横梁的静力学性能和抗振性能得到明显改善，并实现了轻量化设计，对机床横梁的实际制造起到了指导作用。研究结果表明，所提出的横梁结构设计与优化方法具有较强的工程实用性，为数控机床其它关键零部件的设计提供了新思路。     

压电式动态力传感器校准方法的研究

针对智能制造行业里压电式传感器的动态性能校准问题,介绍了针对传感器动态力参数的相关方法和脉冲力法校准装置,在装置上完成了试验验证和分析。介绍了两种常规的动态力校准方法,针对不同的校准方法建立了运动方程,做出了差异性分析。然后介绍了一种基于绝对法测量的压电式传感器脉冲力法校准装置,装置的结构包括基于刚体碰撞的脉冲力发生装置和基于外差式迈克尔逊干涉仪的测量系统,说明了工作原理和解算方法。最后利用建立的校准装置对典型压电式传感器进行动态力校准,进行结果分析和可靠性验证。     

Design of a bias magnetic system of a magnetostrictive sensor for flexural wave measurement

We report on an investigation of the voltage output from a magnetostrictive sensor for the measurement of elastic flexural waves in a cylindrical steel waveguide. Since the sensor performance is strongly influenced by the bias magnetic field, the bias field optimization is one of the most critical issues in the design of magnetostrictive sensors. For a magnetic system consisting of a yoke and an electromagnet, we formulate a method for optimizing yoke topology in order to maximize the sensor output. Both linear and nonlinear magnetization relations are considered in our analysis. For the verification of the performance of the proposed sensors, we conducted several experiments involving flexural waves to assess the performance of the optimized sensors, and we analyze their results here.     

基于结构优化技术的皮带输送机辊筒性能改进

目的为了改善食品包装生产线中的皮带输送机结构力学性能,提高皮带输送机的工作寿命,通过结构优化技术对主动辊筒进行结构设计。方法首先,对主动辊筒进行结构分析和力学分析;然后,运用拓扑优化技术对辊筒辐板进行力学性能改进和轻量化设计;其次,基于HyperMorph对主动辊筒有限元模型进行空间节点的预变形,并进行形状优化求解。结果优化结果分析可得,主动辊筒的柔度从1340.304mm/N降至791.1324 mm/N,一阶固有频率从849.344 Hz增大到980.046 Hz,结构质量从1.235 t减小到0.806 t。结论优化结果表明,基于结构优化技术的主动辊筒结构,不仅有效地提高了结构的静刚度特性,一阶固有频率的提高说明加强了抑制振动的能力,还实现了结构的轻量化,节省了结构生产制造成本。该方法对于现代工程领域中的结构优化设计具有重要的借鉴意义。