一种求解步行式挖掘机底盘力学模型的工程方法

步行式挖掘机在作业状态下,底盘的四个轮胎的受力问题为超静定问题,为了确定局部结构的受力状态,进一步对底盘结构进行结构设计,提出了一种面向底盘结构强度设计的求解步行式挖掘机轮胎支承反力的工程方法,并给出相应的非线性优化问题的求解模型,研究表明,该方法可以有效地解决底盘中的多自由度刚体超静定的求解问题,为底盘的结构设计提供可靠依据.     

集成参数化有限元与响应面的矿用螺旋输送机带式螺旋轴轻量化设计

针对工程机械优化目标函数隐性化和求解效率低的问题,文中提出了一种集成参数化有限元与响应面的优化设计方法,并以矿用螺旋输送机带式螺旋轴轻量化设计为例,说明了该方法的思路与实现过程。为提高有限元建模效率,开发了基于APDL的带式螺旋轴参数化有限元模型,实现了不同尺寸带式螺旋轴的快速有限元分析。通过析因试验筛选出对带式螺旋轴受力分布和疲劳寿命影响显著的设计变量,并以结构强度和疲劳寿命为约束建立带式螺旋轴轻量化设计模型。采用优化的拉丁超立方采样并结合有限元仿真结果建立响应面模型,来拟合设计变量与目标函数之间的隐式关系,最后通过Minitab响应优化器进行寻优求解,实现带式螺旋轴减重15.4%。求解及验证结果表明：所提出的方法不仅轻量化效果明显,而且可以在保证计算精度前提下缩短设计周期,提高整体优化效率。     

基于试验设计方法和响应面方法的九索并联机构优化设计

提出一种九索驱动的6自由度柔性并联机构。依据静力学方程推导出该九索柔性并联机构的结构矩阵,使用力封闭算法计算出九索并联机构在特定受力状态下索力的分布,通过判断不同位置各索拉力的大小,从而确定出柔索并联机构在特定设计参数和特定受力状态下的工作空间。并以工作空间和工作空间分布情况为优化指标对索并联机构进行优化设计,利用三种试验设计方法布置试验点的位置,利用响应面法构建二阶响应面模型,从而对九索在框架上的安装位置、九索在动平台上下表面的连接位置进行优化设计,获得能使工作空间最大且沿竖直方向分布最均匀的优化结果。最后利用ADAMS搭建九索并联机构的虚拟样机模型,进行仿真分析,验证优化结果的准确性和优化过程的合理性。     

基于RSM和NSGA-Ⅱ法的重载机械臂结构优化设计

文中针对桥隧复杂环境下多相受力机械臂的结构优化研究,建立了关于重载机械臂的臂架结构的有限元分析模型和结构力学模型。首先根据结构力学模型选取优化设计参数,并采用拉丁超立方抽样方法设计优化样本点,其次构建二级伸缩臂的响应面近似模型,最后建立以质量最轻为设计目标的优化模型,根据响应面复相关系数判断该响应面拟合准确度。在获得响应面模型后,运用多目标遗传算法寻求二节伸缩臂结构参数设计的Pareto前沿解并以此为基础选择优化方案。研究结果表明,伸缩臂的质量减少12.90%。相较于传统结构设计的经验化设计,既节约材料又能满足力学性能的要求,对同类结构的优化问题具有一定指导意义。     

基于Box-Behnken法的曲柄结构优化设计

运用Solid Works参数化建立曲柄结构的三维模型,并用Simulation进行有限元仿真分析。确定6个待优化参数,以最大应力为约束,求解最小的结构重量。采用Box-Behnken法进行优化,迭代分析49次,考虑Solid Works不能充分拟合数据,用试验设计软件Design-Expert建立Box-Behnken响应面设计,将仿真结果输入Design-Expert,分别拟合关于体积和应力的响应面函数,求得最优解。对比参考文献的结论,表明BBD在结构优化问题上有很好的应用价值。     

步行式挖掘机最大作业范围参数的确定

针对求解步行式挖掘机最大作业范围参数问题,建立了整机的运动学模型和稳定性力学模型,提出了一种求解步行式挖掘机最大作业范围及其最大挖掘力参数的优化模型,采用网格法对其求解,计算结果表明,该优化方法简单、可靠,为确定步行式挖掘机作业性能参数提供了理论依据．     

基于响应面模型的刀口金属密封结构稳健设计

密封是危险品包装容器设计中的重要环节,合理确定密封结构设计参数是实现可靠密封的前提。基于有限元仿真,通过单因素数值试验分析,确定满足密封判据的刀口金属密封结构设计参数取值范围。采用均匀设计建立以设计参数为变量,有效密封面宽及最大接触压力为响应的二阶响应面模型,针对设计参数的扰动,结合多目标优化方法,在优化模型上增加表征目标函数稳健性的灵敏度附加项,并对约束条件进行稳健可行性调整,通过求解,得到结构较稳健的设计参数组合。     

电动汽车轮毂电机—双横臂悬架系统设计与优化

针对电动汽车采用轮毂电机驱动后悬架结构需重新设计,设计过程优化求解困难且耗时过长等问题,提出了应用ADAMS/View构建一种新型的轮毂电机-双横臂悬架模型。通过悬架运动特性分析,以轮胎磨损量最小为优化目标,得出优化变量,采用响应面法拟合悬架定位参数的响应面函数,建立目标函数及约束函数,完成悬架系统的结构优化。模型仿真及虚拟样机试验结果表明,该悬架系统的设计与优化方案取得了较为理想的效果,能为其他类型的轮毂电机-悬架系统设计及优化提供借鉴意义。     

板料回弹控制的工艺模面优化设计

以车顶盖为研究对象,设计了若干实验方案,建立了针对板料回弹控制的工艺模面响应面模型;以回弹量为目标函数,以板料的最大增厚率和最大减薄率为约束条件,建立了优化的数学模型,通过序列二次规划方法对响应面模型进行了求解,得到优化后的模具工艺面参数.结果表明,工艺面优化后的模具成形产品在保证产品不产生重大成形缺陷的同时,塑性变形充分,而回弹量减少.     

某机动式雷达天线阵面结构优化设计方法研究

文中提出了机动式雷达天线阵面结构正向设计方法,对雷达天线阵面进行了轻量化设计.应用经典力学求解天线阵面在静力学工况下的最大应力和变形,将此作为优化约束条件,将阵面质量作为优化目标,建立天线阵面的数学模型,用遗传算法进行第1次设计优化,得到天线阵面的初始结构参数综合考虑静力学工况与动力学工况,进一步用ANSYS系统的APDL建立参数化有限元模型,进行第2次优化,得到天线阵面的结构参数.文中对某型号的机动式雷达天线阵面进行了正向设计,并将优化结果与该雷达现有设计结果进行了分析对比.结果表明该正向设计方法合理,轻量化效果明显.     

步行式底盘转向系统运动分析

为了获得步行式底盘转向系统的运动参数,针对底盘转向系统的结构特点,以保证转向时整车稳定性和转向轮无侧向滑动为出发点,建立了转向系统的动力和运动学模型,分别对前轮、后轮和四轮转向3种转向工况的最小转弯半径、转弯速度和机构运动状态参数进行了优化分析。研究表明,该理论分析方法可以为底盘转向系统的设计和应用提供了理论基础。     

基于响应曲面法的液力透平叶轮多目标优化设计

建立了基于试验设计理论和响应面近似的液力透平叶轮的优化设计方法。以最高效率、高效区范围及转轮所得扭矩-流量曲线在小流量区的稳定性为目标函数。在使用CFturbo软件建立液力透平叶轮的参数化模型后,先用Plackett-Burman试验设计筛选结构参数,并根据结构参数对目标函数的影响将其划分为三个等级:显著因素、次显著因素和不显著因素;再用正交试验法确定次显著因素的设计中心点;最后由中心复合和Box-Behnken设计及响应面分析确定各级结构参数的最优设计点。该方法以计算流体力学(CFD)的计算结果为基础,共进行40次试验,构造了液力透平叶轮的结构参数与多目标函数的响应面近似模型,分析了结构参数间的交互效应。对最优设计点的液力透平进行了实验研究,试验结果及CFD计算值与响应面近似值吻合,且较优化前的模型在性能上有明显改善,表明基于试验设计和响应面的优化设计方法可用于液力透平叶轮的优化设计。     

步行式挖掘机越障能力分析

针对步行式挖掘机在越障过程中的稳定性和作业装置可提供支承性问题,建立了作业装置的多自由度运动方程和整机越障时的稳定性分析力学模型,提出了一种关于步行式挖掘机越障能力分析的优化模型,利用逐步二次规划法对挖掘机的越障高度和作业装置的支承点位置参数进行了优化,计算结果表明,该优化方法具有较强的实用性和可靠性,可为确定步行式挖掘机的越障性能参数提供理论依据.     

半步行移动机器人的动力学建模

对半步行移动机器人行走机构的结构进行了分析。应用方向余弦矩阵理论和牛顿-欧拉动力学理论建立了机器人步行时的动力学模型，为机器人的结构优化设计提供了理论依据和为机器人的控制算法提供了数学模型。     

增强爬坡能力的六足机器人分步二次规划足力分配算法及试验验证

足力分配算法能够通过约束条件及目标函数的设计优化足端接触力,使多足机器人达到提高崎岖地形通过能力、提高行走稳定性以及降低能耗等目的。提出了一种增强六足机器人爬坡能力的分步二次规划足力分配算法,设计了可以减小最大牵引系数（足端切向力与法向力之比）的目标函数,并且建立了六足机器人约束模型。分步二次规划方法分别分配法向力和切向力,前后两步均为二次规划,可以应用于六足机器人实时控制。搭建足力分配算法仿真平台并采用该足力分配算法对不同步态行走的六足机器人进行了仿真分析,结果表明相比于传统方法,分步二次规划足力分配算法的最大爬坡角度更大。采用六足机器人试验平台ElSpider验证了该足力分配算法的性能。在相同坡度条件下,采用不同步态进行爬坡时,该足力分配方法相比于传统方法降低了所需的最大牵引系数。     

随机行走激励楼盖振动加速度反应谱

采用蒙特卡罗法生成大量移动的随机单人步行荷载曲线,在此基础上计算得出1 000条竖向加速度均方根响应的反应谱曲线,并生成标准反应谱曲线模型。从实际工程入手,通过3个现场实测楼盖工程案例,验证标准反应谱曲线计算方法的可靠性,将标准反应谱法计算的理论值与现场最不利工况测试的响应结果、有限元方法计算的理论值进行对比,结果吻合。标准反应谱法有助于获悉引起结构响应的主振型以及最大响应处的位置,对结构减振控制起到参考作用。所建议的反应谱方法可用于计算随机步行荷载作用下大跨楼盖的加速度响应。     

基于响应面近似建模方法的换挡电磁阀模型构建

针对换挡开关电磁阀宽温域工况下可靠性不高的技术问题，以较高精度的多场耦合仿真模型实现参数优化为基础，开展换挡开关电磁阀的结构参数优化研究。构建了换挡电磁阀电磁场-结构场-温度场-流场多场耦合有限元仿真模型，通过电磁力测试、温度测试和流量测试分别校验了电磁场模型、温度场和多场耦合模型精度，满足优化设计所需模型精度要求；为了提高优化效率，基于响应面近似建模（RSM）方法完成了宽温域换挡电磁阀电磁力和应力近似模型构建。结果表明构建的电磁力响应面模型R2的值为0.987，最大应力响应面模型的R2值为0.992均大于0.9，近似模型满足设计要求可用于后续换挡电磁阀结构参数优选设计研究。