基于视觉的三自由度微动平台输入耦合研究

为了提高精密微动平台的定位精度,提出了一种计算微动平台输入耦合位移系数的实验方法.构建显微视觉测量系统,以柔顺铰链式平面三自由度微动平台为研究对象,实时跟踪测量微动平台输入位移；对平台与图像之间的坐标系进行标定,有效提高了平台的输入位移和耦合位移的测量精度.实验表明,基于显微视觉的测量结果与Ansys模拟仿真结果相符,对微动平台的分析与设计具有一定的参考意义.     

基于双向平面四杆机构的二维微动工作台的设计与有限元分析

基于双向平面四杆机构设计出了二维微动工作台,该工作台采用了内外双层柔性铰链支撑结构,利用压电陶瓷驱动,具有结构简单、加工方便等优点。为了验证该工作台能达到预期效果,在Pro/E中建模再导入ANSYS中进行静态分析,分析结果与计算结果吻合较好。同时在ANSYS中对微动工作台施加X和Y向不同力时,得到X和Y向位移及工作台的最大应力,通过比较得到位移与力成正比,应力与位移成正比,与公式一致,最后建立了微动工作台的动态模型,解析计算与有限元模态分析求解固有频率基本一致,说明该微动工作台基本满足要求。     

二维微动工作台微位移机构特性研究

微动工作台是微机电系统及其制造设备中的重要部件。文章结合电致伸缩陶瓷驱动器和杠杆柔性铰链机构，论述了二维微动工作台微位移机构的设计，建立了微位移机构的机电耦合模型。重点分析了机构的暂态响应和稳态响应及其影响因素，为微动工作台系统设计、改善微位移机构的响应速度以及控制系统参数的确定提供了理论依据。     

二维微动工作台分析及其优化设计方法

设计了一种压电陶瓷驱动的二维微动工作台,采用结构力学理论建立了工作台的简化模型,并推导出工作台沿x、y方向刚度计算表达式。将工作台简化为2自由度弹簧一质点系统,得出其前二阶固有频率计算表达式。通过微动工作台固有频率及沿x、y方向刚度的试验测试,验证了解析法和有限元法用于微动工作台设计分析的可行性。采用有限元法,研究了微动工作台的直角平板柔性铰链特征参数对微动工作台性能的影响。有限元分析结果表明:当平板柔性铰链长度较小或铰链宽度较大时,其刚度、频率及驱动力较高,然而铰链根部应力集中也较严重。通过改变柔性铰链的特征参数,可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出一种优化设计微动工作台柔性铰链的简易方法。     

整体式空间3自由度精密定位平台的优化设计与试验

根据柔顺薄板的弹性变形原理,设计一种整体式空间三自由度柔顺并联微动平台.分析该平台的输入耦合特性,对三种输入耦合形式对定位精度的影响进行讨论.基于有限元法,给出平台的刚度模型,对平台的结构尺寸进行优化设计,并通过ANSYS仿真分析验证优化结果的正确性.在此基础上进一步建立平台的位置正解和位置逆解方程,对平台的定位精度进行试验研究,提出一种基于理论分析模型的试验修正方法,该方法能有效提高平台的定位精度,研究表明该平台具有亚微米级的定位精度.     

微机电系统二维微动工作台微位移机构特性研究

结合电致伸缩陶瓷驱动器和杠杆柔性铰链机构,论述了二维微动工作台微位移机构的设计,建立了微位移机构的机电耦合模型。分析了机构的暂态响应和稳态响应及其影响因素,为微动工作台系统设计、改善微位移机构的响应速度以及控制系统参数的确定提供了理论依据。     

基于CAE技术的梳理机工作辊设计

运用三维设计软件SolidWorks建立了梳理机工作辊的三维几何模型,以Cosmos为有限元分析平台,建立了工作辊的有限元分析模型,确定了计算工况并进行了工作辊的有限元模拟计算,在对工作辊不同尺寸参数对比分析计算结果的基础上,找到了影响工作辊的变形因素,提出了设计工作辊的合理化建议。     

2-DOF柔性微动平台的拓扑优化设计

采用拓扑优化方法在给定设计区域内寻求材料的最佳分布,以获得布局合理的2-DOF微动平台新构型。在考虑平台所受载荷的情况下,采用变密度法及连续体柔性结构互能与应变能的比值法,建立了平台单自由度方向上的拓扑优化目标函数,并基于线性加权法建立了2-DOF平台的多目标拓扑优化数学模型,通过对所建模型求解,得到了具有对称双圆弧柔性薄板式弹性单元体的2-DOF微动平台的新构型。对平台的静动态特性进行了有限元分析及实验测试,结果表明:在150 V驱动电压作用下,x、y方向的位移分别为16.7μm、15.46μm,位移耦合分别为0.47μm、0.50μm,x、y方向的固有频率均为1.725 k Hz,在20 N阶跃输入力作用下,x、y方向的响应时间均约为13 ms。     

高速卧式加工中心回转工作台刚度有限元分析方法

通过对高速卧式加工中心回转工作台机械结构、工况的分析,结合其刚度性能设计指标要求．建立了回转工作台有限元分析模型,并对其约束与工况载荷进行了计算与导入。基于ANSYS平台针对THS6350高速卧式加工中心回转工作台进行刚度分析,找出了工作台的最大应力、应变部位,并对其刚度进行了校核计算：分析结果表明,此工作台结构满足刚度性能和设计指标要求     

电磁炮导轨的变形耦合分析

为了对电磁炮导轨的变形进行分析、研究与仿真,基于有限元分析方法,建立了身管模型;采用直接耦合法进行求解,对有磁场的电磁炮身管进行有限元分析计算,探讨了电磁炮发射时电磁力对电磁炮导轨的变形和应力分布的影响。通过计算,证明考虑磁场的耦合分析模型,比没有考虑磁场的分析模型更接近实际发射的情况,该数值模拟具有重要的参考价值。     

FEA for vibrated structures with non-linear concentrated spring having hysteresis

This paper describes vibration analysis using finite element method for structures connected with non-linear concentrated spring. The restoring force of the spring is assumed to be expressed as power series of displacement. The restoring force also has linear hysteresis damping. Thus, complex stiffness is introduced for the linear component of the restoring force. Finite element for the spring is expressed and is connected to viscoelastic structures modelled by linear solid finite elements. Further, the discretised equations in physical coordinate are transformed into the non-linear ordinary coupled equations using normal coordinate corresponding to linear natural modes. Note that modal damping is also transformed in this procedure. The transformed equations were integrated numerically in fairly small degree of freedom. This transformation yields computation efficiency. Effectiveness of this analysis was shown for a basic block-spring model. And then, this numerical method was applied for a sophisticated measurement system named as the Levitation Mass Method proposed by Fujii for evaluating viscoelastic parameters.     

挖掘机动臂板焊接温度场模拟及影响因素分析

利用有限元方法对挖掘机动臂平板对接焊温度场进行了分析,采用Goldak椭球热源模型,应用DFLUX子程序定义热源模型的位置、大小、热输入以及焊接速度等参数来模拟瞬态温度场的分布及其变化,在此基础上通过改变焊接热输入、热源模型参数和焊接速度来分析其对温度场分布的影响规律.研究结果表明,由于焊接热源具有集中移动的特点,焊接热源模型参数以及焊接速度对焊缝区和热影响区的温度分布影响比较明显,热输入的变化与最高温度的变化大致呈线性关系.运用有限元法,选取Goldak椭球热源模型通过DFLUX子程序可有效进行挖掘机动臂平板焊接的数值模拟.     

永磁直线进给系统多柔性体机电耦合动力学特性分析

针对高精度数控机床直接驱动进给系统动力学特性易受机械部件弹性变形、电气系统控制参数影响的特点,从机电耦合角度出发,用有限元法将永磁直线进给工作台进行柔性化,应用拉格朗日-麦克斯韦方程建立直线进给系统多柔性体的机电耦合模型。结合有限元分析软件ANSYS、动力学仿真软件ADAMS建立直线进给系统多柔性体的机电耦合仿真模型,并对系统进行动力学仿真分析和实验验证。结果表明,工作台柔性化更接近真实的工作情况;电气控制参数对系统动力学特性有显著影响。直线进给系统多柔性体机电耦合模型的建立可为直接驱动系统结构优化设计提供依据。     

一种计及滑块裙部变形的滚珠直线导轨副模态分析方法

基于计及滚珠直线导轨副滑块裙部变形的刚度模型,提出了一种滚珠直线导轨副的有限元模态分析方法,建立了一种滚珠直线导轨副的三维有限元模型并进行了有限元模态分析,求得了滚珠直线导轨副的模态频率及模态振型。利用实验模态分析技术,对滚珠直线导轨副进行了模态测试,测得了滚珠直线导轨副的模态。测试结果验证了有限元建模与分析方法的有效性。     

断裂力学和有限元法在疲劳磨损研究中的应用

综述了近年来国外应用断裂力学和有限元法研究疲劳磨损的进展和现状。主要评述了以线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学理论为基础,借助于有限元法分析疲劳裂纹的萌生、裂纹的扩展方向和扩展速率,以及疲劳磨损机理的热一机械耦合应力分析方法,目前疲劳磨损的研究主要集中于应用断裂力学建立恰当的磨损模型,用有限元法进行参数定量计算和疲劳裂纹行为的数值模拟,但关键问题在于确定合理的有限元分析模型,最后探讨了今后研究的方向。     

铝热精轧轧制区温度场三维有限元模拟

根据某铝热连轧厂生产线实际结构参数和工艺参数,应用弹塑性有限元法,考虑轧件金属塑性变形热、摩擦热、界面接触热导等对轧件和轧辊传热的影响,运用大型通用有限元分析软件MSC.Marc建立了铝热连轧精轧机组F2机架的热力耦合三维有限元仿真模型.通过分析轧件温度场的分布规律,为更好地控制轧件的温度分布、提高产品的质量提供依据.     

A study on the development of equivalent beam analysis model on pedestrian protection bumper impact

This paper presents a dynamically equivalent beam analysis model on pedestrian protection bumper impact instead of a non-linear finite element impact analysis method. Equivalent beam analysis model was developed by substituting the femur and tibia for dynamically equivalent Euler beam. Dynamically equivalent forces of bumper beam, upper stiffener and lower stiffener are found by a finite element analysis results and applied to the Euler beam model of lower legform impactor. This equivalent beam analysis model was used to obtain a bending angle of lower legform impactor by using finite element beam theory. Peak acceleration of the tibia was obtained by developing an approximate acceleration equation. A linear interpolation of non-linear finite element analysis results considering the dimension variation of bumper beam factors affecting the acceleration was used to get an approximate acceleration equation. The accuracy of this simple analysis model was tested by comparing its results with those of the non-linear finite element analysis. Tested bumper beam types were press type beam and roll forming beam used widely in the current car bumpers. The differences of maximum acceleration of the tibia between the two models did not exceed 10% and the bending angle did not exceed 20%. This accuracy is enough to be used in the early stage of bumper beam design to check the bumper pedestrian performance quickly. Use of equivalent beam analysis model is expected to reduce the analysis time with respect to the non-linear finite element analysis significantly.     

伪刚体柔体耦合的新式免充气轮胎刚度分析

针对一种新式伪刚性免充气轮胎的结构特点,建立了一种分析其径向刚度特性的伪刚体柔体耦合模型.将伪刚体理论得到的轮胎板簧位移方程和弹性力学得到的輮轮形变方程进行耦合,解得轮胎的下沉量与变形情况.结果表明:伪刚性免充气轮胎的下沉量与载荷成正比,其径向刚度比一般普通充气/非充气轮胎大,低车速时平顺性好,高车速时平顺性稍有欠缺....     

基于有限元技术的运动稳定性实时仿真分析

提出利用有限元分析对机构运动过程进行实时仿真研究，模拟了存在弹性连接件系统的运动过程稳定性问题。采用弹性有限元分析技术，对模型系统的运动参数与力学参数进行了深入研究。通过一组弹簧连接的多体运动系统，介绍了实时仿真技术的实现方法与功能。分析结果表明，该方法能够有效地在设计阶段对结构的动力学性能进行预测与评价。在分析过程中，有限元法可以充分考虑运动系统的结构非线性与材料非线性对运动稳定性的影响，与传统的分析方法相比，该方法具有更高的建模精度，并且具有分析过程方便、简单，分析结果详细、形象等优点。     

DYNAMIC FINITE ELEMENT MODEL UPDATING BASED ON GLOBAL INFORMATION OF STRUCTURES

Finite element model updating method based on global information is proposed. Prior investigation upon design space of structural parameters is performed before updating using statistic analysis, including parameter screening using variance analysis and response surface fitting using regression analysis. The parameter screening method selects the design parameters considering the result of hypothesis testing, which is a kind of global information. Meanwhile, the traditional updating method considers local sensitivity which only gives the information at sole point in the design space. Response surface fitting constructs a close-form multinomial which describes the relationship between concerned structural feature and selected updating parameters. It is an approximation to finite element models(FEM) and used as a substitution in the updating iterations. The presented updating method can be applied without the restriction of linear assumption. In addition, there is no data exchange between the updating prog