航天器桁架结构快速设计方法研究

随着航天事业的发展,桁架作为航天器主承力结构应用越来越广泛,并呈现大型化复杂化的发展趋势。传统模式下航天器桁架结构设计效率低下,无法适应“快速响应约束,迭代更新高效”等应用要求,制约桁架结构的发展。针对这一现象,文中基于自顶向下(Top-Down)设计模式和参照柔性相关思想,提出了航天器桁架结构快速设计方法,并进行了验证。结果表明,航天器桁架结构快速设计方法逻辑关系明确,简便实用,能够实现结构元件自动创建和装配,快速响应外部约束并自适应更新,能确保设计状态的迭代有效可控,显著提升桁架结构设计效率,可推广应用于航天器桁架结构设计。     

基于响应面法的桥梁主桁架结构优化设计

对复杂结构进行优化设计和可靠性设计时,利用传统的设计方法可能会遇到计算量太大的困难,应用响应面法是有效地解决该问题的途径之一.文中将响应面法和有限元技术相结合,建立了桥梁主桁架的挠度、弯曲应力与结构尺寸的函数表达式,继而对主桁架进行了结构优化设计,最后对优化结果进行了有限元分析和验证.设计计算结果表明,对于桁架结构设计这类问题,响应面优化设计具有很好的应用价值.     

基频约束结构优化设计的线性矩阵不等式方法

介绍了半定规划及线性矩阵不等式 (LMI)的基本概念 ,给出具有基频约束的桁架结构优化问题的半定规划形式。半定规划法 (或称线性矩阵不等式方法 )可以有效地求解该问题的全局最优解 ,最后以一个简单桁架结构为算例     

免疫遗传算法在智能桁架结构振动主动控制系统优化设计中的应用

研究智能桁架结构中主动构件的配置和反馈增益的同步优化问题.基于有限元法,建立智能桁架结构的机电耦合有限元模型.根据结构的最大耗散能理论,建立智能桁架结构中主动构件的位置和反馈增益的同步优化的目标函数.最后,采用免疫遗传算法解决这一个同时含有离散和连续变量的优化设计问题,并通过一个平面16杆智能桁架结构的振动主动控制系统的优化设计和数值仿真,表明所提出的优化设计方法和优化算法的有效性.     

并联机器人机构构型创新设计研究

提出一种并联机器人机构构型创新设计新方法——桁架推演法,该方法包括三个主要步骤：根据具体设计需求选择自由度为0的并联机构桁架,并选择适当的推演规则;在一定的约束条件下对桁架进行推演;对推演结果分析、判断和决策,得到新并联机构构型。最后举例说明了桁架和推演规则等对并联机器人机构构型创新设计具有决定性影响的关键技术问题。     

The minimum weight structural configuration of pin-jointed truss cantilevers of given external shape

The minimum weight configuration of a statically determinate cantilever truss of known external shape is formulated as a non-linear mathematical programming problem which can be solved using Dynamic Programming. The recursive equations lead to a closed-form solution for equal permissible stresses in tension and compression, and weight comparisons with the thin webbed beam, the Warren truss, and the equivalent Michell structure are presented.When the design criteria are tensile yield or buckling under compressive load, numerical tabulations are required in the solution. But it is demonstrated, by way of an example, that many aspects of practical problems can be accommodated with relative ease using this approach.     

自动扶梯桁架参数化有限元分析方法研究

在确保自动扶梯桁架的结构强度和安全性能前提下,为了提高系列化自动扶梯桁架设计开发效率,运用有限元二次开发和Visual C++以及数据接口技术,根据不同的设计、制造和检验要求,研究了不同参数情况下自动扶梯桁架的结构设计特点和强度特性,分析了边界载荷最大化桁架强度特点。研究结果表明,运用自动扶梯参数化有限元分析平台,用户只需输入参数,通过自动建模就可计算得到系列化桁架的结构强度结果,大大简化了分析过程,提高了分析效率。     

Optimal Placement of Active Members in Truss Adaptive Structures

The mathematical model of optimal placement of active members in truss adaptive structures is essentially a nonlinear multi-objective optimization problem with mixed variables,it is usually much difficult and costly to be solved.In this paper,the optimal location of active members is treated in terms of(0,1)discrete variables.Structural member sizes,control gains,and(0,1)placement variables are treated simultaneously as design variables.Then,a succinct and reasonable compromise scalar model,which is transformed from original multi-objective optimization,is established,in which the(0,1)discrete variables are converted into an equality constraint.Secondly,by penalty function approach,the subsequent scalar mixed variable compromise model can be formulated equivalently as a sequence of continuous variable problems.Thirdly,for each continuous problem in the sequence,by choosing intermediate design variables and temporary critical constraints,the approximation concept is carried out to generate a sequence of explicit approximate problems which enhance the quality of the approximate design problems.Considering the proposed method,a FORTRAN program OPAMTAS2.0 for optimal placement of active members in truss adaptive structures is developed,which is used by the constrained variable metric method with the watchdog technique(CVMW method).Finally,a typical 18 bar truss adaptive structure as test numerical examples is presented to illustrate that the design methodology set forth is simple,feasible,efficient and stable.The established scalar mixed variable compromise model that can avoid the ill-conditioned possibility caused by the different orders of magnitude of various objective functions in optimization process,therefore,it enables the optimization algorithm to have a good stability.On the other hand,the proposed novel optimization technique can make both discrete and continuous variables be optimized simultaneously.     

同轴轻型空间遥感器支撑桁架的设计与试验

为满足空间遥感器的高度轻量化要求,提高其结构的基频,减少100 Hz以下低频振动的影响,研究了高比刚度的轻型支撑桁架结构。针对同轴长焦距光学系统,基于三角形稳定的原理设计了一种6杆碳纤维复合材料桁架结构,并基于有限元法完成了其优化设计,使其质量降低了11%。为验证其可行性,研制了力学模拟件,进行了工程分析和动力学试验,并讨论了分析和试验的误差来源。分析和试验显示,模拟件的固有频率超过了120 Hz,表明所设计的支撑桁架合理可行,能够满足长焦距空间遥感器的使用要求。该结构在质量为13 kg的前提下,解决了目前该型遥感器基频较低的难题,该设计已成功应用于某相机结构中。     

桁架结构动力学拓扑优化设计解的存在性探讨

首先证明了桁架结构在拓扑构形不变的情况下 ,优化的关键约束—频率的极值的存在。然后进一步从两个方面给出了桁架结构动力学拓扑优化解存在的基本理论 :无固频约束时 ,设计变量连续且不考虑上限约束 ,则优化问题总是有解 ;考虑固频约束时 ,频率约束是是否有解的关键约束 ,并且改变结构拓扑形状可以改变解的存在性。文中算例说明所提理论是正确、合理和有效的。     

基于避障准则的双臂手移动机器人桁架内运动规划

针对桁架内移动的避障要求,研究双臂手移动机器人桁架内运动的规划方法。基于状态空间模型提出直角坐标空间下的六面心、八边心和八顶点搜索算法,避免了C空间内复杂度呈几何级数增长的问题,实现了末端无碰撞路径搜索。建立双臂手移动机器人三节臂的平面内避障准则,解决了机器人在桁架内运动时机器人臂与桁架杆的碰撞问题。根据平面内避障准则和臂形标志,求得了各个关节角的解析解,解决了数值解的不封闭问题。每个时刻末端姿态由通用旋转变换公式线性插值得到,在Matlab中仿真双臂手移动机器人桁架内的运动,验证了双臂手移动机器人在桁架内运动时避障方法的可行性。     

多目标结构模糊优化的分层序列法

提出了多目标结构模糊优化的分层序列法,首先把原多目标模糊优化问题分解为一系列单目标（ 或多目标） 模糊优化子问题,该子问题用最大最小法求解。最后可以按着目标函数的重要程度给出原问题模糊最优解。最后用一个三杆桁架的最小重量与变形的模糊多目标优化设计问题证明了该方法的正确性     

一种面向产品族设计的二级优化方法

应用模块化和产品平台的思想是企业设计和开发产品族(系列)的重要策略。本文提出一种可用于产品族设计的二级优化方法。该优化方法将产品族设计优化分为二个层次:产品平台优化层次和专用模块的优化层次。为了提高这种优化方法的可靠性和减少计算量,在二级优化基本框架基础上引入了代理模型技术。将二级优化方法应用于桁架族优化设计算例,计算结果表明:基于代理模型的二级优化方法能成功地解决桁架族优化设计问题,具有很好的可靠性,而且能有效地减少产品族优化设计中计算量。     

大型天线的俯仰架结构

为了研究俯仰架结构在大型天线结构设计中的作用,文中阐述了俯仰架结构的传力途径和工作原理,以及其对大型天线主面精度和保型效果的影响,并通过应用实例验证了俯仰架结构中的伞形支撑在大型天线保型设计中发挥的作用。文中列举出几种典型的俯仰架结构形式,总结了各自的优缺点,提出了大型天线俯仰架的一般设计原则,对大型天线的结构设计具有一定的参考意义。     

基于ANSYS的浮空器组阵结构屈曲分析及优化设计

针对空间太阳能电站地面演示系统,提出了一种空间大型浮空器组阵结构,利用ANSYS有限元软件建立其桁架结构的三维模型并进行结构屈曲分析,判断桁架结构的稳定性.以第1阶临界屈曲载荷为约束条件,对桁架梁截面的型材进行尺寸结构优化.通过响应曲面分析和多目标遗传优化算法找到设计优化点,使优化后的桁架结构在保证结构稳定的前提下实现...     

基于虚拟样机技术的多杆桁架结构的仿真研究

以多杆桁架结构作为研究对象,介绍基于虚拟样机技术的桁架结构的设计流程.利用MATLAB-Pro/e-ADAMS-ANSYS软件间各自优点,实现桁架机构的虚拟样机模型的动力学分析.仿真结果验证了设计流程的可行性,为进一步对桁架机构的优化设计提供了依据.     

Transformation of static balancer from truss to linkage

This paper presents a transformation method by which a static balancer of a truss is transformed into static balancers of various mechanisms. For conventional design methods the kinematics and potential energy of every mechanism should be computed to design a static balancer. For the proposed design method, however, no computation of kinematics and potential energy is necessary to obtain static balancers of various mechanisms, once a static balancer of a truss has been designed. The concepts of the Baranov truss and associated linkage are adopted to determine transformation relations. Conversion rules are developed in the viewpoint of gravitational torques and deletion rules are determined to apply conversion rules to the design equation. Static balancers of various mechanisms (four-bar linkage, slider crank mechanism, Watt mechanism and sliding mechanism derived from the watt mechanism) are derived from those of the five-link and seven-link Baranov trusses in this paper. Simulations results showed that complete gravity compensation is achieved for all derived mechanisms from Baranov trusses.     

某空中平台空间管桁架结构设计及优化

空间管桁架结构具有整体性能好、抗弯扭、刚度大、内部空间大、节省材料等特点,因而广泛应用在大跨度的结构中。文中结合这些特点,论述了某空中平台空间管桁架的结构设计,利用有限元分析和试验测试相结合的方法,通过结构优化,实现桁架轻量化、刚强度好的设计目标。     

一种9杆巴氏衍架的装配形态研究

选定其中的一个 5元构件为固定构件 ,对一种 9杆巴氏衍架装配形态进行了分析。如果将该固定构件去掉 ,这一问题等同于一个平面 8杆 12副阿苏尔杆组的位置分析。采用复数矢量法 ,先列出用于装配形态分析的含 4个角位移变量的 4个独立矢量方程 ,然后将它们转化为复数形式的代数方程组 ,直接采用结式消元方法对上述方程组进行消元 ,得到了一个单变量的 5 4次代数方程 ,表明该种 9杆巴氏衍架可能存在 5 4种装配形态。对该代数方程直接进行求解 ,然后利用辗转相除法求出其它 3个未知变量的值 ,最后利用复数的三角变换 ,求出了 5 4组对应于该巴氏衍架装配形态的 4个角位移值 ,从而完成了它的装配形态分析