基于载荷路径法的柔性机翼前缘拓扑优化

基于遗传算法,引入无固定初始网格的载荷路径法对某机翼前缘进行拓扑结构优化,并对结果进行ANSYS仿真.在相同条件下使用初始网格固定的基结构法对同一问题进行拓扑结构优化.通过对两种方法优化所得的柔性结构变形结果进行对比分析,说明载荷路径法用于柔性机构拓扑优化的优势.     

基于类树形结构载荷路径的柔性机翼前缘优化设计

根据柔性机翼前缘的变形要求,以离散体结构拓扑优化为出发点,以实际位移与目标位移之间的偏差为目标,建立目标优化函数。采用类树形结构的载荷路径建立初始构形,利用遗传算法(GA)进行结构拓扑优化,并结合拓扑结构优化结果进行二次优化,获得更优解。通过ANSYS仿真分析,结果表明该方法是可行的。     

复合材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计

以NACA2418标准翼型前缘为研究对象,提出一种基于离散材料优化(DMO)法的复合材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计方法。将离散材料优化(DMO)法与拓扑优化相结合,设计一种机翼前缘柔性机构来实现自适应连续变形,选定机翼前缘上10个离散点的实际位移与目标位移的偏差为目标函数,采用统一拓扑和多相材料优化的材料插值方案建立数学模型,最后用OC优化准则求解。利用MATLAB编程获得机翼前缘的拓扑结构,使用CATIA对拓扑结构进行三维建模,最后将得到的三维几何模型导入Hyperworks软件进行仿真分析。结果表明,机构可实现机翼前缘0°到9.3°的连续偏转,验证了该方法的可行性。     

基于杆索基结构的三维柔性变形机翼结构拓扑优化设计

为了模仿鸟类的飞行,利用杆索柔性机构的杆变形特性和柔性索为驱动,采用结构优化方法设计三维展向变形机翼,使其在各种飞行状态下都能保持最优气动性能。本文参考美国国家宇航局(NASA)的超椭圆形变弯度机翼(HECS)模型,进行了柔性机翼的建模,应用空间刚架元和索单元划分网格,采用遗传算法进行其结构优化。在优化过程中考虑了结构的刚性要求,引入了刚度约束条件,并通过实例进行了方法验证分析。优化结果表明:杆索空间结构的变形机翼既能满足展向最大变形要求,又能满足机翼承受外载荷所需的结构刚性要求。此外,通过Matlab和Ansys的结合使本优化求解程序更通用化。     

平面双稳态柔性微机构的优化设计

讨论了一种平面双稳态柔性微机构的设计问题。首先给出了机构稳定平衡位置的物理含义 ,建立了两种类型平面双稳态柔性微机构的伪刚体模型。提出了一种允许设计者随意指定稳定平衡位置点的具有较大自由度的优化设计方法 ,建立了优化数学模型及相应的约束准则 ,采用一种改进的遗传进化算法获得了全局最优解。根据所得的最优解对双稳态柔性微机构进行了分析 ,结果表明该设计方法是有效的     

柔性机构拓扑优化设计研究

介绍了柔性机构拓扑设计现状,讨论了柔性拓扑优化设计模型的建立,非线性求解技术和伴随矩阵敏度分析技术,并给出简单的算例说明算法的可行性.最后指出了机构拓扑优化设计的发展方向、需要解决的问题以及可能解决的方案等.     

多相材料的柔性机构拓扑优化设计

基于变密度法建立了多相材料的插值模型,并建立了以结构输出点位移最大为目标、材料体积为约束的多相材料柔性机构拓扑优化数学模型。运用移动渐近线方法对微型柔性夹钳设计开展拓扑优化并对结果进行分析。结果表明:基于多相材料的柔性机构拓扑优化方法能大幅降低拓扑结构的最大应力水平,但也一定程度上减小了结构输出点的位移。整体而言,该方法具有可行性,能有效解决工程中遇到的因应力过大而导致的结构失效问题。     

基于多材料组合的柔性机翼前缘拓扑优化

柔性机构应用于变弯度自适应机翼可以实现机翼外形随飞行状态的改变而发生连续平滑变形,具有很好的应用前景.从柔性构件的材料属性出发,基于载荷路径的遗传算法,从单一材料构件和多材料组合构件两个方面,对某机翼前缘进行拓扑优化,并对多材料组合变形结果进行ANSYS仿真,经过对比分析表明,柔性机构优化中采用多材料组合局部改变材料属性比只用单材料更能达到较好的变形要求,同时可以通过寻求更广泛的材料组合使拓扑效果达到最优化.     

大行程柔性铰链Hexapod机构参数优化设计

大行程柔性铰链Hexapod机构的性能很大程度上取决于柔性铰链的性能。同样构型的柔性铰链,行程越大其离轴刚度越低,从而导致大行程全柔性铰链Hexapod机构整体的静刚度和精度下降。讨论了Hexapod机构运动学逆解的求解,包括每个支链的伸缩的长度以及每个铰链的转动角度的求解。在此基础上讨论了大行程全柔性铰链Hexapod机构参数优化设计,使得满足动平台运动空间要求的前提下各个铰链的行程要求最小,并针对设计中的大行程柔性铰链Hexapod机构进行了参数优化设计。     

考虑不确定性的柔性机构拓扑优化设计

柔性机构在制造和运行过程中会存在各种不确定因素。基于多椭球凸模型描述,考虑荷载及材料属性的不确定性,采用人工弹簧方法和几何非线性有限元分析手段,提出以输出端位移最大化为目标、具有最小输入端性能约束的柔性机构拓扑优化数学模型。采用伴随法给出设计变量灵敏度计算公式,提出数值计算不稳定性的简易处理方法,利用数学规划法实现优化问题的求解。反向器机构和微夹钳机构的设计算例验证了所提出优化模型的正确性及算法的有效性,并通过与确定性设计结果的比较,说明了在柔性机构拓扑设计阶段考虑不确定性的重要意义。     

拓扑优化技术在机翼前缘设计中的应用

针对柔性机构实现机翼前缘变形问题,应用连续体拓扑优化技术,以实际位移与目标位移之间的偏差为目标函数,材料用量和屈服应力为约束,并考虑到机翼表面受载荷约束等实际情况,建立SIMP(solid isotropic material with penalization)密度刚度插值的拓扑优化模型。分别采用Mat-lab及Ansys软件对柔性机构优化设计和仿真分析,并最终进行了铝合金实物模型形变实验。研究结果显示:机翼前缘断面模型在0~1 N/mm均布外载约束下,可实现0~6.7°理想的机翼前缘变形。     

连续体结构的柔顺机构拓扑优化设计

通过对连续体结构柔顺机构的拓扑分析,提出了连续体柔顺机构拓扑优化方法,即同时考虑最大化的互应变能和应变能,即系统的刚度和柔度;建立其数学模型并用此分析其约束的敏度。     

力矩载荷下的柔顺机构2R伪刚体动力学模型

柔顺机构的研究在结构学及运动学方面取得了大量成果,但是在动力学方面的成果却很少。本文首次以柔顺杆为研究对象,建立其在力矩载荷下的2R伪刚体动力学模型,并应用拉格朗日方程推导出动力学方程,进行了动力学响应分析,给出了相应的动态位形图。同时与1R伪刚体动力学模型做比较,从方程、响应曲线等方面分析2R伪刚体动力学模型的特点,表明此模型的优越性。     

全柔性并联机器人支链静刚度矩阵的建立

设计了一种新型非对称全柔性3-RRRP平移微动并联机器人机构。在柔性铰链静刚度矩阵及柔性移动副静刚度矩阵的基础上,先建立该微动机器人机构单个支链的一般模型,利用坐标矩阵变换（D—H矩阵变换）的方法,推导出一般支链静刚度矩阵求解的理论过程,进而求得该支链端部的静刚度矩阵。最后,通过理论计算-简单模型,并用ANSYS对理论计算结果进行模拟。模拟结果显示,理论计算的静刚度矩阵与模拟结果很相近,说明一般支链静刚度矩阵理论推导过程具有一定的准确性。     

平面轨迹输出柔顺机构的形状优化

2自由度平面柔顺机构具备工作空间,可以作为微动机器人载体,通过控制两个独立输入实现可控的平面运动轨迹输出。为改善设计方案的可加工性,研究该柔顺机构拓扑图轮廓提取后的形状优化问题。将柔顺机构抽象成杆件和结点形式,基于拓扑学连通性原理,提出机构区域连通性判定条件,构造窗口平移扫描式机构结点搜索算法,获得设计区域内的柔顺机构结点,在此基础上,建立杆件搜索算法,找出各杆件,实现对柔顺机构的轮廓抽象。对轮廓抽象后的柔顺机构进行轮廓重构,将其轮廓表示为简单曲线的拼接,以曲线参数作为优化变量,通过敏度分析提取关键尺寸,以柔顺机构实际输出和期望输出间的误差作为目标函数,建立轮廓曲线尺寸优化模型,得到柔顺机构的最优轮廓,从而在保持柔顺机构输出性能的前提下明显改善设计方案的可加工性。算例验证了所提形状优化方法的有效性。     

非线性方程组求解的混沌最小二乘法及平面四杆函数机构综合

机构学问题的数学模型常可化为多元非线性方程组，一般求解多元非线性方程组需要初始值，而初始值的选择是相当困难的；同伦方法不需初始值就能求出全部解，为求解这一问题提供了可行的方法，但需要编写专用的程序，且计算量比较大；本文结合MATLAB6．5．1高级程序设计语言采用简单的最小二乘法迭代，并将非线性方程视为非线性的动力学系统，利用使得系统产生混沌的Julia集的点求解方程的全实数解，而Julia集的点集用二周期逆像函数求得，再在其邻域内求解即可。运用该算法编写了MATLAB程序，对平面四杆机构综合问题进行了研究，从而找到了实现最大精确点时该问题的全部的解，为实际机构的设计提供了多种选择方案，为机构学设计提供了全新的方法。     

混沌最小二乘法及其在机构近似综合中的应用

结合MATLAB6.5.1高级程序设计语言采用简单的最小二乘法迭代,并将非线性方程视为非线性的动力学系统,利用使系统产生混沌的Julia集的点求解方程的全实数解,而Julia集的点集用二周期逆像函数求得,再在其邻域内求解即可.运用该算法编写了MATLAB程序,对平面四杆机构近似综合问题进行了研究,从而找到了实现最大精确点时该问题的全部的解,为实际机构的设计提供了多种选择方案,为机构学设计提供了全新的方法.     

一种高频柔性并联振动台的型综合与运动学分析

在以并联机构为主体机构的高频柔性并联振动台中,主体并联机构的运动学性能直接影响和决定振动台的激振性能。利用旋量理论综合出了一种新型三平移3-PPRR空间并联机构,并对其进行了自由度、主动副判定和运动学位置分析,利用MATLAB软件对其理论计算进行了建模仿真计算,通过Pro/E软件和 ADAMS软件联合仿真对并联机构进行了自由度和运动学位置解验证。