基于有限元法的半球谐振陀螺谐振子分析

利用有限元分析软件ANSYS,建立了半球谐振陀螺核心部件谐振子有限元模型并进行了模态分析,确定了各阶振动形式和频率,通过与实际测试结果比较,验证了模型的合理性和准确性。分析谐振子结构参数对各阶振型和频率的影响,对其进行了优化设计。优化后的结构工作频率与其他振型频率的差大于1 kHz,有效避免谐振子的工作谐振与其他各阶振动的模态耦合。     

工件台方镜轻量化结构的拓扑优化设计

为满足工件台方镜的高模态及高轻量化的要求,在设计过程中充分考虑其材料的选择,并重点引入拓扑优化方法。依据变密度法建立SIMP模型,在方镜的特定约束工况下,以结构第1阶模态为设计约束,最小体积为设计目标进行迭代,得到了较好的轻量化结构。并对拓扑优化后的结构与常规结构进行了分析对比,结果表明:拓扑优化的结构第1阶模态为710.5 Hz,提高+4.5%。同时,在轻量化率上提高了+8.2%。因此,拓扑优化的结果要优于常规结构方式,体现出了拓扑优化方法在工件台结构设计过程中具有重要的实际应用价值。     

基于ANSYS的压电智能梁仿真分析

运用ANSYS软件进行压电智能梁结构的有限元分析和优化设计。在ANSYS软件中建立智能梁结构模型,并进行有限元分析,得到梁的各阶模态,然后进行梁的谐响应分析及瞬态动力学分析。针对不同模态下,采用一片压电陶瓷不能控制其振动,在不同位置安装多个驱动器来进行减振试验,得到梁的各阶模态下驱动器放置的最优布局及减振结果。     

超声行波微流体驱动圆环模型分析

介绍了超声行波微流体驱动的圆环模型,借助边界层理论阐述了两种主要的驱动机理:声流驱动和声辐射压驱动.基于有限元分析,讨论了模型固有频率与模型结构参数间的关系.通过谐响应分析,在谐振频率处成功激励出所需的模态,得到幅频响应特性,并与模态分析下的模态幅值进行比较分析,得到其幅值变化趋势.对声固耦合模型进行模态分析和谐响应分析,比较结构模型与耦合模型频率的差别,并对声压和幅值进行了比较分析,为模型的进一步优化设计提供指导.     

行波型球形超声电机定子的优化设计

提出了一种具有同步调心结构的球形超声电机,建立了电机驱动力矩的数学模型,重点对行波型定子进行结构优化设计。利用ANSYS对定子进行模态分析和谐响应分析;通过灵敏度分析确定结构参数优化变量,以最大干扰模态与工作模态频率差和最大定子表面振幅为优化目标,建立设计空间的响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行优化求解得到Pareto前沿,最终确定结构参数并对定子试制件进行定扫频实验。测试结果表明,优化后的定子工作模态频率±2 kHz内无干扰模态产生,且定子两相驻波表面质点具有较大振幅,满足使用要求。     

基于有限元分析的底座结构分析及优化设计

借助有限元分析软件Pro/MECHANICA,对创建的底座模型进行静力学分析和动力学的模态分析.通过将模型中4个关键尺寸设成变量,分析当它们变化时相关模型参数--模型总质量、最大位移和第一模态固有频率的变化敏感性,并对其进行优化分析,计算模型的最佳结构尺寸.     

机抖激光陀螺惯导结构固有模态的有限元分析

通过对机抖激光陀螺惯导结构的物理模型进行分析，建立了机抖激光陀螺惯导结构的有限元模型，在此基础上对惯组结构的若干低阶模态进行了分析。对模态分析结果和实验测量结果进行了对比，计算结果表明：模态分析所得结果与实验测量结果一致，计算误差小于 5.23%， 验证了有限元分析方法的正确性和可行性，指出了惯导结构设计中的薄弱环节。研究工作为机抖激光陀螺惯导结构的动力学修改和优化设计提供了参考依据。     

利用激光干涉技术研究压电换能器的谐振特性

介绍了压电超声换能器的基本结构及振动模态，利用先进的激光多普勒干涉仪对自制换能器的谐振特性以及振动速度和位移分布进行了测量和分析，并与有限元分析的结果进行了对比，实验表明，实验测量模态结果与有限元分析结果基本相符，激光多普干涉技术是一种直观研究压电超声换能器振动的有效手段。通过有限元分析和先进测量手段的结合与对比，对换能器的设计和制作具有指导意义。     

星敏感器支撑结构多目标拓扑优化设计与试验

针对微小卫星对星敏感器的特殊要求,结合星敏感器特殊的工作性能和环境,采用拓扑方法对星敏感器支撑结构进行多目标优化设计并进行有限元分析和试验。首先,对模态分析和随机振动响应的基本理论进行介绍,推导出多目标拓扑优化的表达公式;其次,以支撑结构的体积最小和星敏感器在支撑结构上的四个安装点RMS值最小为目标,以最低自振频率为约束,建立支撑结构的拓扑优化模型,利用OptiStruct软件对其进行拓扑优化设计;然后利用MSC.PatranNastran有限元分析软件对优化后的支撑结构进行模态分析和随机振动响应分析,得到基频为327 Hz ,安装点RMS值的放大率最大为1.55;最后,对支撑结构进行振动试验,试验结果和有限元分析结果的相对误差最大为6.68%,二者吻合较好,该星敏感器支撑结构满足微小卫星对其性能指标的要求。     

NX软件在某天线架模态响应中的应用

根据工程实际,利用NX软件对某天线架进行模态分析,并详细地介绍了利用NX软件进行仿真的过程。在NX中建立天线架的三维模型,进行模态响应分析,计算模态和应力分布,根据仿真分析结果,进行结构优化设计,提高谐振频率,使各项机械性能指标满足设计要求。     

一种MEMS扭摆式强磁场测量传感器

提出了一种扭摆式结构的MEMS电容式强磁场传感器,采用洛伦兹力驱动,通过测量硅板扭摆导致的电容变化来检测外部磁场强度,测量磁场的量程设计在0.2T-2T之间。首先介绍了传感器的工作原理,然后对其进行仿真,分析其物理特性,建立了模型并且求解出各阶模态下的振动形式,得到传感器主振模态频率为28.26kHz。并模拟了受力过程中的形变量。最后介绍了其制造工艺流程,验证了传感器加工的可行性。     

半导体设备承载板的模态分析及拓扑优化

为提升半导体专用设备的动力学性能,需要对其中的承载板进行结构优化,以确保该零件模态频率和质量满足使用要求。采用有限元软件对优化前的承载板进行模态分析,得到特定边界条件下的垂向模态频率。之后利用拓扑优化的方法,将承载板需要的垂向模态频率作为前提条件,将承载板质量最小化作为目标值,求解承载板的最优结构。根据拓扑优化后的结果,进行几何重构,计算表明优化后承载板的垂向模态频率和质量满足设计需求。     

MEMS仿生矢量水听器封装结构的隔振研究

利用隔振原理,设计了矢量水声传感器系统中一种新型隔振封装结构模型,即加入橡胶减振器的新型封装结构。采用ANSYS软件对封装模型进行模态分析,研究模型结构和几何尺寸对其隔振性能的影响,确定最优隔振封装结构;对模型的几何尺寸及橡胶隔震材料力学参数进行优化,并对优化模型的隔振性能进行实验测试和评估。实验结果表明：所设计的新型橡胶减振结构具有一定的减振效果,隔离了一定程度的核心器件以外的外界振动干扰,提高了原有封装结构矢量水听器的探测灵敏度。再次验证了硅微MEMS仿生矢量水声传感器不但体积小、质量轻、结构简单,而且具有低频灵敏度高等优点。     

一种解耦硅MEMS陀螺结构优化及性能仿真

以高机械灵敏度为设计目标,对一种解耦硅MEMS陀螺进行了结构优化,并利用有限元分析软件ANSYS对该MEMS陀螺进行了模态、应力、位移、抗过载及谐响应仿真分析,确定并验证了高灵敏度MEMS陀螺的结构优化原则。优化后的硅MEMS陀螺驱动和检测模态谐振频率分别为3700与3718Hz,机械灵敏度可达0.95nm/(°/s),能够承受500g的冲击载荷,并且能够实现驱动模态和检测模态解耦。     

巨磁致伸缩快速转向反射镜及其谐振频率

快速转向反射镜(FSM)广泛应用于激光束稳定系统、空间光通信系统等领域。采用巨磁致伸缩驱动器(GMA)作为FSM的驱动元件,并对其预压和传动机构进行了一体化优化,设计了一种新型的膜片式柔性上端盖作为预压力施加装置,使其结构更加紧凑的同时增强了位移径向约束;FSM采用四驱动器双驱动轴结构,应用柔性轴方案,对其整体结构进行了优化设计以提高系统谐振频率。建立了FSM有限元模型,对其进行模态分析得到了系统一阶谐振频率及模态振型。对所研制的FSM进行了性能测试,结果表明:系统镜面转角达到±3′,一阶机械谐振频率达到450 Hz,模态分析数值与实验值的误差小于10%。     

SMT电路板组件的动态特性分析

设计制作了一块由不同封装形式和材料参数的芯片集成的SMT电路板组件。根据各芯片和PCB板的参数建立了有限元模型,通过有限元仿真对该组件进行了不同约束条件下的模态分析及瞬态冲击动态响应分析,得到了该组件的前五阶固有频率(四角约束条件下分别为862.07,1144.70,1445.20,1915.50和1941.70Hz)及相应频率下的模态参数。并通过实验和仿真结果的对比验证了所建立的有限元模型基本正确,该模型可作为组件疲劳寿命估计和结构优化的基础。提出了芯片布局优化及提高可靠性的建议。     

基于多体系统的五轴龙门加工中心误差建模及补偿方法

针对一台五轴龙门加工中心,基于多体系统建立其几何误差模型,并在偏最小二乘法的基础上,对加工中心的热误差进行分析,建立综合误差模型,并针对加工中心的特征,提出了误差补偿方法,通过对五轴龙门加工中心X轴的试验数据测量结果,拟合误差补偿曲线,证明了误差补偿方法的有效性,对于一般机床的误差补偿,可以有效提高其加工精度,具有一定的指导意义。     

发电机仿真分析及优化设计

为建立更加精确的汽轮发电机定子端部的有限元模型,以汽轮发电机定子绕组的汽端为研究对象,用有限元分析法进行模态分析。结合模态试验测得的数据,分析误差来源,选择有限元模型修正参数。基于Ansys Workbench仿真软件的优化模块对修正参数进行灵敏度分析,保留灵敏度高的参数,并对保留的参数进行优化分析。研究结果表明,经修正后的有限元模型能准确地反映该结构真实的动力特性,且仿真模态与试验模态之间的误差减小在5%以内。     

爪盘式天线支架的结构优化与仿真分析

爪盘式天线支架是随动系统的重要组成部分,是完成特定任务的结构载体。针对要求随动系统轻量化、天线阵子共面精度高的需求,设计了一种爪盘式天线支架。利用Solid Works软件建立爪盘式天线支架的三维模型,通过有限元软件ANSYS对其进行模态分析,得到系统的固有频率和振型;对爪盘式天线支架进行随机振动分析,得到爪盘式天线支架在宽带随机激励下的等效应力云图和位移响应。通过分析其动态特性,对支架结构进行优化,仿真结果表明,优化后的结构满足设计要求。     

双视场航空相机光机优化设计

依据某航空相机光学设计指标设计了焦距为100 mm、400 mm的双视场相机,其长焦距全视场传递函数达0.3以上。为减小相机重量,提高其动态刚度,以相机主支撑结构的厚度和筋宽为设计变量,以固有频率不低于某值为约束条件,应用NX7.5软件对航空相机结构进行了优化设计。优化结果为相机质量减小了0.7 kg,一阶固有频率提高了13 Hz。对优化后的相机结构进行了模态分析和热分析,分析结果验证了优化设计的正确性。最后通过试验验证了设计结果的有效性。航空相机切实可行的光机设计有效地保证了整个系统的性能指标都能满足使用要求。