高速重载模切机动平台运动分析及结构优化设计

目的 利用Ansys有限元分析软件,对模切机动平台进行分析及优化设计,实现高速重载模切机动平台高精度、高可靠性、高速平稳运行。方法 采用有限元分析软件对现有的动平台进行有限元分析,在加载一定压力情况下,得到平台的应力、应变以及位移云图,判断现有动平台是否满足重载的需求,同时得到可以进行优化的位置及空间;对优化后的动平台进行有限元分析,将得到的应力、应变以及位移结果与优化前的进行对比。结果 优化后的动平台整体质量减小了157kg,加载相同载荷的情况下,优化后的动平台最大变形量减小。结论 利用有限元分析的手段,可以从理论方面指导模切压力试验平台的结构优化设计,提高设计的准确性,缩短产品的试制周期。     

机床磁悬浮平台系统机电耦合动力学性能分析

根据磁悬浮支承系统特有的刚度、阻尼特性理论和机床工作平台振动特点建立了主动磁悬浮导轨支承机床工作平台系统的机电耦合动力学模型,并用不同的控制参数对其进行机电耦合动力学性能分析.结果表明调节控制电参数可以改善磁悬浮导轨机床工作平台系统的动力学性能.该研究结果为超高速超精密加工机床工作平台的设计包括平台结构、电磁铁设计以及控制器参数设置等提供了理论依据.     

磁悬浮直线运动平台的模态分析

提出一种新型大行程磁悬浮直线精密运动平台,为了解其各种工况下的固有频率和振型,从而指导磁浮平台的结构设计及控制器设计,运用有限元软件建立其三维有限元模型,对磁浮平台各部件及整个平台处于不同工况、不同状态下的模态进行深入探讨,揭示磁浮平台在各种工况下模态的变化规律.结果表明,平台薄弱部分或可能影响运行精度的区域在电磁铁支...     

基于微分几何方法的磁悬浮微动平台的非线性控制

微分几何理论是分析和解决多变量耦合非线性控制系统的有效工具,本文将微分几何理论引入到磁悬浮平台控制中,对磁悬浮微动平台进行了状态反馈精确线性化研究,实现了磁悬浮微动平台悬浮和水平驱动两个子系统的精确线性化.仿真及实验结果均表明,这种解耦控制方法从根本上消除了竖直方向上的运动对水平方向驱动力的影响,该方法具有很好的线性化效果,优于传统DQ分解加泰勒级数展开的控制方案.     

磁流体密封的磁场数值分析及优化设计

介绍了磁性液体密封的理论,并应用ANSYS有限元分析软件对一个三槽四齿密封结构进行磁场有限元分析,并进一步对极齿尺寸进行优化设计。通过对计算结果进行的分析和讨论,结果表明,转轴侧极齿处与两侧齿槽处的磁场强度差决定密封装置的密封能力;密封间隙不宜超过0.3 mm;对极齿尺寸进行优化设计后提高了密封装置的密封能力,减小了密封装置的体积,为实际设计提供依据。     

导管架海洋平台结构模糊优化设计

考虑约束条件边界的模糊性,建立了导管架海洋平台结构模糊优化设计模型。对模糊优化模型中的设计变量、目标函数和约束条件进行了模糊处理。针对导管架海洋平台的特点,用模糊优选法确定约束条件边界容差系数,由界限搜索法求解模糊约束集和模糊目标集之交集的最优水平截集λ^*,进而求得模糊优化问题的最优解。以胜利油田埕北11#井采油平台为例进行了模糊优化设计,并与确定性优化设计相比较,分析了两种优化设计中设计变量的走向及原因,算例结果还显示目标函数值比确定性优化设计值有较大幅度下降,说明考虑模糊因素进行优化设计的可行性和科学性。     

液压Stewart平台谐振频率优化设计研究

将Stewart平台的液压分支作为假想的单开链,由空间机构的位姿关系建立其组成构件的局部坐标系(LRFs),并利用RPY角描述方法,通过转移矩阵将各构件的刚度及质量矩阵依次转移到固定坐标系(FRF)中,得到了系统谐振频率的计算公式。在此基础上考虑机构的工作空间、液压缸长等约束条件,构建了综合衡量Stewart平台谐振频率的优化模型,分别采用拟牛顿优化算法(QNA)和遗传算法(GA),对系统的最小谐振频率最大化问题实现优化设计。优化结果表明,最小谐振频率与工作空间是互相制约的,在设计时需综合权衡。     

直线型Halbach磁体和导体板构成的电动式悬浮系统的实验装置设计

 永磁和导体板构成的电动式悬浮系统由导体板和直线型Halbach永久磁体构成,悬浮力和磁阻力是导体板上产生的涡流和磁体的相互作用的结果.研究了实验装置的结构,包括磁体和直流电机,测试、分解电磁力为悬浮力和磁阻力的机构,最后制造实验装置.实验和仿真的对比,说明力的解耦是成功的.这是永久磁体导体板悬浮系统工程化的第一步.     

磁控溅射矩形靶磁场的优化设计

磁控溅射靶材的利用率在降低生产成本中起着重要作用.正交的靶电磁场能显著地延长电子的运动路程,增加同工作气体分子的碰撞几率,提高等离子体密度,使磁控溅射速率数量级的提高,因此靶面正交电磁场的分布将决定靶的烧蚀情况.提出了2种改善矩形平面靶磁场分布的方法,经过分析,这2种设计将拓宽靶面的刻蚀范围,提高靶材的利用率.     

剪叉式升降平台的优化设计

剪叉式升降平台作为一种平面升降机械,主要用于抬升重物,具有制造容易,价格低廉、坚实耐用、结构简单、移动灵活、环境适用性强、便于维修保养等特点。     

直线型涡流缓冲装置的设计

 针对高速运动体缓冲制动的特点设计了一种直线型涡流缓冲装置．该装置利用涡流产生的阻尼力,对高速运动体进行非粘着制动．[JP2]推导了缓冲力的理论计算公式,将理论计算结果同有限元计算结果进行对比,验证了理论公式的可用性．在缓冲装置中,采用Halbach阵列代替常规永磁体阵列,并对缓冲效果进行对比计算,表明采用Halbach阵列的涡流缓冲装置缓冲性能更优．该装置可有效避免常规缓冲制动过程中发生的物体接触、碰撞和磨损．     

Additive Manufacturing of Hard Magnetic Passive Shims to Increase Field Homogeneity of a Halbach Magnet

Obtaining a highly homogeneous magnetic field is desired for field-controlled applications. For example, the resolution of magnetic analysis methods can be improved by generating a stronger and more homogeneous field over the region of interest (ROI). A set of 3D-printed passive shims is fabricated using additive manufacturing to improve the magnetic field homogeneity of a Halbach magnet assembly. The feedstock is a custom acrylonitrile butadiene styrene (ABS)-hard magnet composite filament filled with 60% wt. isotropic NdFeB. Additionally, a method for investigating the remanence is developed and validated. The result reveals a good agreement between the new method and existing measurement techniques for the remanence of permanent magnets. It is also shown that the additive manufacturing procedure has negligible effects on the magnetic properties. Performing a parametric study over a rectangular ROI, an optimized shim configuration is achieved. In the optimized and 3D-printed configuration, the average norm of the magnetic flux density, B_norm, is increased by 13% and, more importantly, a 43% increase in the magnetic uniformity is obtained. These results highlight the great potential of freeform manufacturing, namely, additive manufacturing, to tailor the properties of magnet structures.     

低频电磁振动台非均匀气隙磁场优化设计

针对大行程低频电磁振动台气隙磁感应强度参数非线性导致振动激励信号产生失真的问题,在电磁振动台机电耦合模型分析基础上,采用电路等效原理建立大行程磁路简化数学模型,并基于Ansys Maxwell软件对气隙磁感应强度的非均匀分布特性进行仿真分析。基于连续混合整数非线性规划算法,分别仿真分析不同内磁轭母线轮廓及端面结构非线性参数对应的气隙磁感应强度分布特性,得到具有最小不均匀度的变气隙及变截面磁路最优解。仿真结果表明:变气隙和变截面结构分别将优化前25.95%的不均匀度降低到7.09%和2.70%,变截面结构具有更好的优化效果。设计的优化磁路结构可有效改善大行程低频电磁振动台气隙磁感应强度的非线性,降低输出振动信号的失真度,提高低频振动校准精度。     

压电陶瓷驱动的精密微操作平台特性与优化

设计一种结构紧凑、具有大运动空间和响应快的微操作平台,并对其静态和动态特性进行分析和优化.利用杠杆机构和连杆机构设计一种能实现两级放大的微操作平台,结构对称地设计在同一平面,并采用导向机构实现精确的导向运动.利用功能原理,采用伪刚体方法建立反映平台的静态和动态特性封闭形式的理论模型.由理论模型与有限元分析的结果比较分析可知,两者所得的结果误差范围为6.0%~7.2%,说明所推导模型的正确性.基于理论模型分析构型参数和柔性铰链尺寸参数对放大倍数、输出刚度、应力和固有频率的影响.结果表明,结构参数变化对输出刚度与固有频率的影响是矛盾的,对放大倍数和应力的影响也相互矛盾,需要通过优化结构参数以综合平衡其性能指标.提出一种以综合平衡平台的静态和动态特性为目标,并考虑应力、放大倍数和几何尺寸为约束的优化模型.结果表明优化后的固有频率和放大倍数比优化前均提高,而输出刚度降低,说明优化后的平台性能更好.     

Magnetic Field Design by Using Image Effect from Iron Shield

Permanent magnet rings are presented, which exploit the image effect in the surrounding circular iron shields. The theory is given for a general permanent ring when the magnetization orientation at each coordinate angle ψ changes by =(n+1)ψ, where n is a positive or negative integer. For the uniformly magnetized case n=-1, the permanent ring produces no field in its bore, and the field is that of a dipole outside. When the ring is surrounded by a soft iron shield, its field becomes uniform in the bore, and zero outside the ring. The field can be varied continuously by moving the iron shield along the magnet axis. A small variable field device was constructed by using NdFeB permanent rings, which produced a field flux density of 0-0.5 T in the central region.     

用于投射式电子束曝光系统的磁浸没透镜的优化设计

以磁浸没透镜的电流密度值的大小为优化参量,以成像系统的轴上像散为目标函数,利用单纯形优化法对用于投射式电子束曝光系统的新型磁浸没透镜进行了优化设计.结果表明,目标函数由未经优化前的358.187nm降低到50.693nm.同时单纯形优化法不需要已知目标函数与优化参量之间的解析关系式及求导,因此作为电子光学系统的最优化设计具有明显的优越性.     

多级降压消声器结构的优化设计研究

本文根据多级降压消声器的结构特点及其工程设计理论,以消声器各级几何参数为边界条件,建立目标函数和约束条件,利用复合形优化算法,对之建立了优化设计的数学模型。利用此方法对多级降压消声器的结构尺寸进行优化设计。将优化所得参数进行检验,其消声性能令人满意。     

多注行波管PPM聚焦磁场设计方法研究

对多注行波管周期永磁(PPM)聚焦结构中横向磁场的分布规律进行了研究,模拟分析了多注PPM聚焦系统中横向场的旋转对称特性,并对该系统中的电子流通率进行了分析.结果表明,单注PPM结构设计中普遍采用的横向磁场设计原则不适用于多注PPM聚焦结构,因为后者磁场的非旋转对称现象将随着电子通道内径向位置的增大而增强.本文针对多注PPM聚焦系统中横向磁场分布特点,提出了一种多注PPM聚焦磁场设计的一般性方法,首次将对磁场旋转对称性的判断纳入多注PPM磁场设计中.测试结果证明该方法对多注PPM聚焦磁场的设计提供了较好的指导作用.     

磁性材料在趣味性产品设计中的应用

以磁性材料在趣味性产品设计中的多种应用为例,探索其与产品设计在心理和技术层面的内在联系,分析了磁性材料作为产品设计中一种由材料的特殊性,所衍生出的特定设计手段,如何在满足受众的实用性要求的前提下,符合情感的要求。在此基础上,归纳出隐喻、表面装饰、使用方式以及DIY等合理应用手段,并进一步探究磁性连接用于产品设计中的优势与不足。     

SAPMAC法长蓝宝石晶体的温场设计、工艺分析与控制

采用SAPMAC法, 以a向为结晶取向, 生长出φ 240mm ×210mm, 重27.5kg的完整透明的蓝宝石单晶. 从理论上探讨了缺陷密度及晶体开裂与温度分布、生长速率、冷却速率等晶体生长工艺参数之间的关系. 设计了SAPMAC法生长大尺寸晶体的最佳温场分布、 工艺控制. 利用专用设备加工出大尺寸晶棒、板状窗口, 并测试了标准样品的红外透过性能.