随车起重机伸缩臂截面多目标优化

为了提高某火箭炮弹药装填车随车起重机伸缩臂的结构刚度,减轻结构质量,建立了随车起重机伸缩臂参数化模型,并对伸缩臂在水平受载状态下进行仿真分析。以伸缩臂截面尺寸参数为设计变量,借助最优拉丁超立方试验设计建立样本空间,构造响应面多项式函数近似模型。在此基础上,利用NSGA-Ⅱ型遗传算法对伸缩臂自身重量、挠度进行多目标优化。优化结果表明:伸缩臂质量减轻了24.5%,减重效果明显。文中所采用的将参数化建模、有限元分析和数值寻优相结合的优化方法,可为起重机伸缩臂截面优化提供一定的参考。     

基于响应面法的多节伸缩臂设计优化

伸缩臂作为在施工作业的机械手臂具有广泛的应用,且其自重对支承它的下部构造也有至关重要的影响,故合理的设计伸缩臂结构在相应施工机械研发过程中占有重要地位。对于通常设计的伸缩臂在强度和刚度上有较大的富裕量,在满足力学性能的基础上,通过简化伸缩臂结构,建立有限元参数化模型,以伸缩臂的外形尺寸为设计变量,强度、刚度、承压稳定性为约束条件,整体重量为目标函数,利用ANSYS和ISIGHT软件,建立目标函数的二阶响应面近似模型,并运用遗传算法对模型寻优求解。研究结果表明,伸缩臂整体自重下降19.06%。相对于传统优化设计,效率和精度得到了明显提高,对同类伸缩臂结构优化设计方法对比及优选有一定的指导意义。     

基于响应面法的液压机械臂结构优化

为了减轻液压机械臂的自重，降低动力系统能耗，提高控制响应速度，文中采用基于响应面法的结构优化设计方法对某型机械臂进行轻量化设计研究。首先，选取机械臂板材厚度为待优化参数并使用拉丁超立方法进行试验设计抽样；其次，采用多项式拟合方法建立板材厚度和主臂最大米塞斯应力之间的响应面，代替有限元模型提高计算效率；最后，以主臂米塞斯应力为约束边界，以主臂轻量化为优化目标，采用蒙特卡洛法求解优化问题，得到最佳板材厚度。将优化后的参数输入到有限元模型中，验证优化结果的正确性。优化后，主臂总质量降低28%，达到了轻量化设计的目标。也为类似结构的优化设计，提供了良好工程案例。     

基于响应面法的高空作业车伸缩臂轻量化分析

文中针对目前高空作业车伸缩臂壁厚设计不合理而导致伸缩臂整体质量偏大、作业时笨重缓慢的现状,对某型高空作业车伸缩臂进行轻量化分析。对高空作业车上装结构进行模型进化得到伸缩臂的三维模型,分析确定了伸缩臂的最危险工况为30°,计算得到了轻量化设计需满足的强度及刚度条件。在此工况下,以伸缩臂各节臂壁厚参数为设计变量,以伸缩臂总质量为优化目标,利用Workbench对不同壁厚参数下伸缩臂模型有限元分析得到的应力及变形数据进行非线性拟合,再利用响应面优化得到最佳的壁厚参数组合。在满足设计要求的前提下,优化后的伸缩臂总质量较优化前降低了227 kg,减重比例达到了36.3%。     

取件机械臂定位精度的可靠性优化研究

针对取件机械臂存在的绝对定位精度低、成本高等问题,采用基于定位精度可靠度的评价方法对机械臂进行了可靠性优化设计。使用多体系统理论建立了机械臂的静态误差模型,基于蒙特卡罗法对其定位精度进行了分析,并得出了机械臂末端总的误差敏感度。采用响应面法建立了机械臂动态误差的近似模型,并得出了其输出量表达式,考虑工程实际中动态误差与静态误差的耦合,将动态误差等效为机械臂的末端形变,建立了动静态耦合误差模型。以定位精度可靠度为约束,成本与体积最小为目标,静态误差源与结构参数为设计变量,建立了定位精度的优化模型,利用NCGA-II算法结合蒙特卡罗法对设计变量进行了优化设计。研究结果表明,优化使定位精度可靠度满足实际要求,成本与体积分别降低了15%与7.6%,为机械臂的设计制造提供了依据。     

连续式混合机结构参数的响应面分析优化

为了对卧式连续混合机进行轻量化改进,对混合机的关键部件进行研究。基于离散单元法构建物料颗粒模型,对混合机混合过程进行模拟,利用响应面方法对混合机结构参数进行优化。以搅拌轴径、搅拌臂径和搅拌叶片长度为设计变量,以模型质量为优化目标,建立二阶响应面模型优化关键部件的结构参数。结果表明,搅拌叶片长度和搅拌臂径的交互作用相较于搅拌轴径对总体质量影响较大,同时叶片长度和搅拌臂径对变形和应力的影响灵敏度高,通过优化,在满足安全可靠的前提下结构重量减轻7%。     

基于响应面法的挖掘机三油缸结构动臂轻量化设计

考虑到三油缸结构动臂的结构特殊性,以及传统经验方法在结构设计上的保守性因素,提出了基于响应面法的变厚度轻量化设计方法,并搭建了基于多学科优化软件Isight、有限元软件Nastran以及利用Python语言二次开发的集成优化环境。基于板壳理论与测试数据建立了三油缸结构动臂危险工况的有限元参数化模型,并以其主要板厚尺寸为初始设计变量,以结构强度、刚度及重量为模型响应,结合最优拉丁超立方设计法对初始变量进行了灵敏度分析,使用筛选后的设计变量拟合响应面模型(RSM);以结构强度和刚度为约束条件,动臂质量最小为目标函数,采用多岛遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明,在保证结构性能的前提下,该方法轻量化设计后的动臂减重14.7%,优化效率较有限元模型提高84%左右,优化效果显著且大幅度缩短了设计周期。     

一种起重机伸缩臂多目标优化方法及试验

研究一种将参数化建模、有限元仿真、疲劳分析和数值寻优算法相结合的伸缩臂优化方法。建立了随车起重机伸缩臂的参数化模型,进行不同工况下的伸缩臂动静态性能和疲劳寿命分析,并对模型进行了试验验证。以伸缩臂外形尺寸为设计变量,利用最优拉丁方试验设计方法建立样本空间,构造径向基函数近似模型。在此基础上,建立了伸缩臂的涉及到动静态性能、疲劳寿命及自身重量的多目标优化方法及模型。优化结果表明,在保证动静态性能和寿命要求的条件下,伸缩臂重量减少了6.76%。     

基于响应面法的重载机械臂优化设计

对重载机械臂的三种典型工况进行有限元静力学分析,得到最危险工况.在满足强度和刚度的条件下,以伸缩臂轻量化为目标,对其截面尺寸进行优化.根据Box-Behnken试验方法对截面尺寸进行三因素三水平设计参数组合,采用含有交叉项的二次多项式构建响应面函数,利用最小二乘法进行回归,分析各参数与响应面的关系,得到截面最优参数组合...     

基于自适应近似模型的液压挖掘机轻量化设计

为解决挖掘机工作装置传统设计保守，导致大量能源资源消耗以及严重的环境排放问题，提出一种基于自适应近似模型的结构轻量化设计方法。计算结构设计参数对质量、变形和应力的综合贡献度，筛选作用显著的参数作为设计变量。构建近似模型资源池，根据最大的决定系数自适应构建近似模型的响应面。在此基础上建立以最小质量为目标，应力与变形为约束的优化模型，结合遗传算法开展结构轻量化设计。结果表明所提方法实现某型号液压挖掘机动臂减重9.38%,并通过仿真验证应力和变形满足动臂的设计要求。     

起重机伸缩臂截面拓扑化探析

分析了拓扑优化中材料变密度法及其相关参数对拓扑优化结果的影响,将结构力学中拓扑优化方法应用到起重机伸缩臂的优化设计中,建立了伸缩吊臂的拓扑优化数学模型.利用HyperMesh软件建立了起重机臂架的有限元模型,并利用OptiStruct软件进行优化分析,从而设计出最优的臂架截面拓扑图.分析工作为起重机臂架的结构优化设计提供了一种有效的新思路,其结果为现今流行的大圆角截面和椭圆形截面设计提供了依据.     

仓储系统伸缩臂的结构优化研究

对仓储系统伸缩臂的结构进行了优化,优化的目的是减少伸缩臂的截面面积,从而降低制造成本。建立了伸缩臂优化数学模型,采用改进粒子群算法对该数学模型进行计算寻求截面面积的最小值,结果表明:相比基本粒子群算法,改进粒子群算法能够有效避免算法陷入局部最优解,优化效果更好。将伸缩臂三维模型导入有限元软件中进行结构静力分析与验证,结果表明优化后的伸缩臂结构力学性能满足工况要求。     

基于响应面法的丢手释放接头优化设计

为优化丢手释放接头的结构强度和重量,提出以应力和质量为目标函数的多目标优化设计方法.将响应面设计方法与有限元数值分析结合,建立了应力和质量关于结构参数的响应面模型,分析了参数间的交互效应.基于响应面模型,通过多目标优化分析获得了释放接头的最佳结构参数配置.优化后的结构应力下降19.5％,而质量增长较小.数值及实验验证表...     

恒加速度离心机转臂的稳健设计方法

在对恒加速度离心机转臂结构参数取值范围粗略估计的基础上,安排以Pro/E软件实现的正交数值实验,并用正交多项式拟合出各主要参数对转臂重量、转臂所受最大应力和转臂最大位移的响应面模型.然后,以转臂的重量为优化目标,而以转臂所受的最大应力和最大位移量为约束条件,对响应面模型进行优化,找出转臂最合理的结构参数组合,并用有限元软件对优化结构所受最大应力和最大位移进行验证.计算结果表明转臂以Pro/E为基础的稳健设计,可提高设计效率,并得到满意的设计结果.     

抓取机械臂的强度分析和优化设计

以DOBOT Magician机器人机械臂为研究对象,为降低其质量,减少材料消耗,采用尺寸优化和拓扑优化相结合的方法对其结构的优化设计进行了研究。首先使用建模软件建立三组机器人小臂的参数化模型,将其导入Workbench中进行应力分析和弯曲刚度分析,对三组结果进行对比分析确定危险工况。然后以质量、变形和应力为目标参数对危险工况下小臂的参数进行灵敏度分析,得到对目标参数影响最大的参数,并以这些参数为设计变量,采用响应面优化方法和拓扑优化方法对小臂代理模型进行尺寸和结构优化。优化结果表明：在保障精度和强度的前提下,通过对小臂的轻量化设计,使其质量降低了32.8%,最大应力值降低了21.1%,最大变形减小了24.3%,弯曲刚度增加31.8%,成功实现了小臂的轻量化。同时,该研究也为类似的优化设计提供了一种可行的实施方案流程。     

基于响应曲面法的液力透平叶轮多目标优化设计

建立了基于试验设计理论和响应面近似的液力透平叶轮的优化设计方法。以最高效率、高效区范围及转轮所得扭矩-流量曲线在小流量区的稳定性为目标函数。在使用CFturbo软件建立液力透平叶轮的参数化模型后,先用Plackett-Burman试验设计筛选结构参数,并根据结构参数对目标函数的影响将其划分为三个等级:显著因素、次显著因素和不显著因素;再用正交试验法确定次显著因素的设计中心点;最后由中心复合和Box-Behnken设计及响应面分析确定各级结构参数的最优设计点。该方法以计算流体力学(CFD)的计算结果为基础,共进行40次试验,构造了液力透平叶轮的结构参数与多目标函数的响应面近似模型,分析了结构参数间的交互效应。对最优设计点的液力透平进行了实验研究,试验结果及CFD计算值与响应面近似值吻合,且较优化前的模型在性能上有明显改善,表明基于试验设计和响应面的优化设计方法可用于液力透平叶轮的优化设计。     

多级柔性伸缩臂动力学建模分析与实验

针对多级柔性伸缩臂滑动耦合动力学问题,根据ADAMS柔性体建模理论,建立了一种基于虚拟样机的多级柔性伸缩臂动力学模型。利用三维建模软件,依托改装的轻型伸缩臂式起重机建立实体模型,利用有限元分析软件对各级伸缩臂建立有限元模型,生成模态中性文件导入ADAMS中建立动力学仿真模型。为了实现仿真过程与实际工作状态一致,保证仿真结果反映实际工况,在伸缩臂间分别添加滑移副约束和接触力约束建立动力学仿真模型,通过比较两种不同约束方式所产生的动力学响应,并通过实验验证,分析得出多级伸缩臂臂间滑块与臂节之间接触碰撞会影响伸缩臂作业平稳性和安全性。研究结果为多级柔性伸缩臂动力学建模分析和设计制造提供了参考依据。     

擦窗机伸缩臂臂厚与搭接量对固有频率的影响分析

以屋面轨道伸缩臂式CWGS250擦窗机伸缩臂为研究对象,利用通用分析软件ANSYS,适当简化和假设处理,建立有限元分析模型。通过模态分析结果,确定选取臂厚和搭接量作为研究的结构参数。进行不同臂厚的伸缩臂固有频率对比分析,得到臂厚对固有频率的影响关系。并运用ANSYS优化模块中最优梯度法对影响伸缩臂固有频率的搭接量进行灵敏度分析,得到搭接量对固有频率的敏感性。结果表明,调整伸缩臂臂厚和搭接量可以提高伸缩臂的固有频率,为擦窗机伸缩臂结构的减振设计和动态特性优化提供理论参考。     

计及油缸作用的起重机伸缩臂参数振动分析

为分析计及变幅油缸作用的起重机伸缩臂在轴向周期载荷作用下的动力稳定性即参数振动,分别建立伸缩臂起升平面内和平面外动力稳定性分析模型,运用Hamilton原理结合有限单元法建立计及油缸作用的起重臂参数振动方程,获得参数振动的临界频率,从而得到伸缩臂发生参数振动的区域,并研究存在阻尼时动力不稳定区域的变化趋势.以典型的五节起重机伸缩臂为例,给出伸缩臂起升平面内和平面外的动力不稳定区域,并取几个特殊点进行动力学响应分析.分析结果表明,起升平面内和平面外可同时发生参数共振现象,6个特殊点的动力学响应符合参数振动分析的结果;阻尼的存在能减小动力不稳定区域,且在振动幅值较小的情况下伸缩臂不会出现参数共振现象.     

机器人机械结构参数的相关性分析

根据机器人机械臂结构系统的设计特点，运用键图模型手段，建立了机械臂结构系统的仿真控制模型，并以此探讨了机器人结构参数的相关性，为机器人机械臂的设计提供可靠的依据和一种新的设计分析方法。