极限位姿工况下四自由度机械手力学特性

针对四自由度机械手工作时手臂易发生弯曲、疲劳断裂等问题, 构建了机械手的有限元模型, 对极限位姿状态下的水平最大伸展位姿与垂直最大伸展位姿的机械手进行仿真实验, 验证了其可靠性, 并对机械手进行相应的物理样机实验。结果表明: 在两种极限位姿工况下, 机械手的最大应力均位于小臂的连杆上端, 最大位移则位于机械手前臂的前端, 其中最大应力为19. 131 MPa, 最大位移为0. 278 mm。同时通过对有限元计算分析结果与实验结果的对比分析, 仿真结果与实验结果数据基本一致, 验证了机械手有 限元分析的正确性。     

基于Pro/E和Ansys Workbench的搬运机械手设计与优化

为提高企业物料加工车间的效率,本文基于Pro/E和ANSYS Workbench设计了一种物料搬运机械手。采用丝杠加滑台的组合方式控制手臂的升降和伸缩,通过气缸控制手部的张开和闭合,手指通过螺栓固定在手掌上,并可以根据零部件的需要进行更换。采用PRO/E绘制物料抓取机械手的简易模型,同时利用Ansys Workbench中的Static Structual模块对机械手手部组件进行静力学分析,得到应变位移为0.032mm,等效应力为10.03 MPa,满足强度要求。同时,采用Ansys Workbench中的拓扑优化模块,对机械手手部进行拓扑优化。优化结果表明,改进后结构质量减少了40%,强度满足设计要求。该研究为整个机械手系统的优化提供了理论依据。     

复合驱动双指柔性机械手的设计与控制

为了满足工业领域中形状多变、物性多样、尺寸不一的复杂目标件抓取需求,模仿人手指关节并依据双指贴合抓取原理,设计达到包络贴合状态的双指柔性机械手.分析目标件外形轮廓的结构特点,提取目标件轮廓的抓取特征,获得柔性机械手的结构运动原理.根据柔性机械手运动原理,进行目标件包络夹取过程的数学建模与仿真分析,搭建平台验证柔性机械手的性能.该机械手由柔性机械手指、驱动部件和位置补偿机构组成,可以实现圆柱体、圆锥件、长方体类零件的适应性抓取,具有较高的抓取可靠性与稳定性.     

汽车起重机伸缩臂突然卸载的瞬态响应仿真

以某型号汽车起重机伸缩臂为研究对象,用ANSYS软件得到柔性伸缩臂有限元模型后,再导入到在ADAMS软件中建立汽车起重机整机的刚-柔耦合模型.除伸缩臂外,变幅油缸、转台、底盘和支撑油缸(支腿)按刚体处理,但考虑了变幅油缸和支撑油缸中,活塞和缸套之间间隙的柔性和阻尼效应.基于转台静止和转台回转2种工况,对其进行突然卸载时的瞬态响应仿真,分别得到了臂头在竖直和水平方向的位移曲线、加速度曲线.仿真结果表明,转台回转的速度越大,突然卸载后的臂头位移、加速度和臂架的最大应力也越大;与伸缩臂最大应力随转台回转速度基本呈线性变化不同,当转台回转速度大于5°/s时,臂头加速度的变化明显变快.     

平面全柔性并联机构柔性铰链的优化分析

以减小全柔性并联机构中最大应力为目标,通过约束优化算法,并结合ANSYS仿真,研究了3-DOF 4 RRR过驱动并联机构中柔性铰链的优化问题.通过ANSYS建立了全柔性机构的有限元模型,并进行了力学性能分析,给出了机构的性能图谱;建立了全柔性机构中柔性铰链的参数优化模型,采用MATLAB对柔性铰链的最小铰链厚度t和铰链半径R进行优化,并通过ANSYS仿真对优化结果进行检验.检验结果证明,当输出位移一定时,对柔性铰链进行优化后的机构的最大应力比优化前的机构小.     

基于PRO/E和ANSYS的热轧H型钢万能轧机结构设计与优化

根据某公司热轧H型钢万能轧机维修要求,进行轧机优化设计。借助于ANSYS有限元软件,分析机架、轴承座零部件变形参数(应力、应变与位移)。优化后的轧机,最大位移为0.049 mm,最大应力3.181 MPa,刚度高,弹性变形小。     

列车制动过程踏面温度场及应力-应变分布特性

对Abaqus软件进行二次开发,采用旋转载荷法设置热流密度、法向载荷、切向载荷以及轮轨间的接触传热作用,在车轮表面设置对流换热和热辐射作用,基于热-机械耦合仿真得到了不同制动规程条件下踏面温度、应力和应变的动态变化及其分布特性,在此基础上回归得到了车轮踏面最高温度及制动结束温度与制动工况参数之间定量关系,并给出了制动过程踏面温度最高点温度变化曲线模型以及热应力预测模型。结果表明：轴重、制动初速度和减速度每增加5 t、20 km/h和0.1 m/s²,踏面的最高温度分别增加约90℃、120℃和26℃;25 t、100 km/h、0.7 m/s²制动工况下,径向应力辐达625 MPa,切向应力最大值为-713 MPa,最大径向、切向塑性应变分别为-5.47‰和-3.37‰,最大热应变为5.178‰,热应力范围为433 MPa。     

基于有限元的热轧H型钢万能精轧机结构设计与优化(103)

运用PRO/E软件建立轧机三维模型,并借助于ANSYS有限元软件,分析轧机的变形参数.优化后的轧机具有一定可靠性,轧机最大位移为0.049 mm,最大应力3.181 MPa,刚度高,弹性变形小.     

凹陷管道建模方法及其力学性能影响参数研究

利用三维扫描仪对凹陷管道进行数据采集及建模,评价了凹陷管道处的剩余强度;在建立模型的基础上,运用ABAQUS软件对三维建模的含凹陷管道进行有限元分析,采用数值模拟的方法进行了应力应变分析;通过几何变形检测方法对凹陷管道进行检测,计算并分析凹陷管道处的应力应变,对凹陷管道的承载能力进行了评估;对管道有/无内压两种情况进行了对比分析。结果表明,在有/无内压两种情况下,凹陷处的最大Von Mises应力相差较大;在有内压情况下,最大Von Mises应力位于管线凹陷处的周边,而不是凹陷处;在有内压情况下,凹陷附近区域的最大等效应力为22.6 MPa,而无内压情况下的最大等效应力为14.8 MPa;压头设置50 mm的向下位移约束,管道所受的最大Von Mises应力分布在凹陷最深处,其值为710.3 MPa,最大等效应变为8.99%,分布在凹陷管道的内侧。在工程应用中,采用三维扫描技术可以更快捷地得到管道凹陷的轮廓,利用输出数据为后续的应力应变分析、管道评价以及修复提供技术支持。     

基于有限元的热轧H型钢万能精轧机结构设计与优化

运用PRO/E软件建立轧机三维模型,并借助于ANSYS有限元软件,分析轧机的变形参数。优化后的轧机具有一定可靠性,轧机最大位移为0.049 mm,最大应力3.181 MPa,刚度高,弹性变形小。     

洪水灾害下管道的力学计算

为了研究流动水动力、浮力、管体以及输送介质重力、土壤地基抗力对管道的共同作用,建立洪水作用下的管道力学分析模型,选用数值分析方法和有限元方法计算了管道的应力及应变。结果表明,两种方法的计算结果较接近。依据该有限元模型,分析了洪水流速和穿越距离对管道应力及应变的影响。结果表明,当流速大于3.0 m/s时,管道应力和应变随流速的增加趋势加大;当穿越距离增加时,堤岸处管道最大应力和轴向应变逐渐增大,但增幅逐渐减小;当穿越距离小于160 m时,河流中部管道的应力和轴向应变随着穿越距离的增加而增大,当穿越距离大于160 m时,应力和轴向应变随着穿越距离的增加而略有减小。对榆⁃济线埋地悬空管道进行了安全评估,结果可知即时应力为178 MPa,悬空管道安全。     

基于workbench软件的机械手桁架强度分析

本文针对搬运机械手自身工作特点和结构特性,采用三维软件Solid Works建立整体模型,提取搬运机械手桁架模型。导入有限元软件ANSYS workbench中,分析桁架的整体受力强度及其最大位移。通过上述静态,为后续桁架的结构优化设计提供理论依据。     

天然气管道带气开孔补强结构的应力分析

为了探讨天然气管道带气开孔特殊开孔补强结构受压后的应力情况,利用有限元分析软件对天然气管道带气开孔5种模型进行了有限元建模及应力场分析.5种模型分别为整补、方补、仅焊支管、先焊支管再焊圆形补强圈和先焊支管再焊方形补强片.分析结果显示：整补和方补最大应力位于接管与补强片连接拐角处,其他3种模型最大应力位于主管开孔边缘下表面拐角处;在支管直径与主管直径之比为2/3,管内压力为0.6 MPa时,5种模型的最大应力分别为53.324 MPa、52.878 MPa、59.006 MPa、48.662 MPa和34.806MPa.对于20号钢和Q235材料,补强结构受压后符合强度要求.整补和方补最大应力相差不足1MPa,整补模型的下半瓦片对开孔接管处的补强效果不明显,一般情况下采用方补即可;而先焊支管再焊补强件较整补和方补,最大应力下降较多,补强效果较好;先焊支管再焊方形补强片的补强效果最好,建议在带气开孔中采用此方式.     

气动软体驱动器的设计

根据人手指外骨骼关节结构,提出硅胶多腔体仿人柔性关节,设计了一种用于手部康复机器人的气动软体驱动器,详细阐述了驱动器的制作流程。采用Abaqus软件对软体驱动器进行有限元仿真,给出不同气压下的仿真图形。仿真结果表明,提出的软体驱动器的理论模型与实验数据基本吻合,相对于其他结构,整体的稳定性,抓取能力更强,为以后仿人柔性机械手的应用提供了支撑。     

人工挖孔抗滑桩护壁与桩身结构相互作用模型试验

为研究护壁结构对抗滑桩水平承载力的贡献,以某人工挖孔抗滑桩工程为背景,依据相似理论设计了1∶10的分段式护壁结构、整体式桩身结构模型,并通过2个MTS作动器分别同时施加水平位移荷载于条件完全相同的有护壁桩和无护壁桩桩顶,开展室内物理模型试验研究.结果表明:相同桩顶水平位移条件下,有护壁桩桩端土压力要大于无护壁桩桩端土压力,顶部桩前被动土压力要小于无护壁桩,加固柔性桩上部被动区土能更有效提高其水平承载能力.相同桩顶水平位移下,有护壁桩桩身受拉钢筋最大应变始终大于无护壁桩;随着桩顶水平位移的增加,桩身受拉钢筋最大应变截面逐渐下移,但有护壁桩下移滞后于无护壁桩;随着水平荷载的增加,有护壁桩桩身受拉钢筋最大应变增大比例先增加后减小,当桩顶水平位移为30 mm时达到最大,增大比例为165.03％,当桩顶水平位移为90mm时达到最小,增大比例为20.23％.若以桩顶水平位移为桩的水平承载力控制标准,试验护壁提高桩身水平承载力达20％以上,工程实践中可参考所提公式和折减系数来计算护壁对桩身水平承载力的贡献.     

基于有限元的人体-机械手交互力计算方法

通过建立人肢体骨骼、肌肉组织与康复机器人机械手指节表面的曲面方程,对人肢体肌肉组织划分微元,通过微元的应变逐步求解康复机器人机械手的指节压力,从而实现对人机交互力的计算与分析。在简化模型仿真验证中,展现了位移量(压入量)、交互位置、人肢体软组织弹性模量、泊松比等参数对人机交互力的影响规律,位移量为5 mm时,理论计算与仿真结果的平均相对误差在10%～15%左右。仿真结果表明:本文理论可以有效计算康复机器人机械手的指节压力,能对人机交互力进行计算与评价。     

高压输电钢管塔柔性法兰承载性能的有限元分析

以某500 k V大跨越输电钢管塔用柔性法兰为研究对象,采用ANSYS软件建立了柔性法兰的三维有限元模型,考虑螺栓、法兰盘接触非线性,获得了轴向载荷下柔性法兰的应力和位移分布情况。通过分析载荷-位移曲线得到了法兰节点的承载力,并与试验结果进行对比,验证了有限元模型的正确性。改变柔性法兰的设计参数再进行有限元计算,得到了各设计参数对法兰节点承载力的影响规律,并据此给出了提高钢管塔柔性法兰承载力的有效措施。     

轻型涡扇发动机悬挂式试车台架设计与有限元分析

为满足轻型涡扇发动机地面试验,本文采用UG(Unigraphics)软件,对轻型涡扇发动机悬挂式试车台架进行设计,并应用Ansys软件,建立试验车台架结构有限元模型,对悬挂式试车台架的结构和强度进行分析与计算。研究结果表明,试车台架结构在发动机推力与重量载荷耦合作用下,最大应力发生在动架前安装节根部圆角处,其Von Mises等效应力为16.817 8 MPa,远小于材料Q345的屈服强度345MPa,且当量应力主要由Y向应力决定,最大为15.064 MPa,其Von Mises总应变为1.13×10~(-4) mm,满足强度和刚度设计要求。该设计不但可以安装不同型号的发动机,节约了成本,而且实现了推力测量及校准功能,降低了意外发生的风险。该研究为搭建试车台架提供了理论依据。     

强震下弦支穹顶结构的动力失效探讨

为了揭示强震下弦支穹顶结构的动力失效机理,分别采用双线性本构模型和应变-损伤耦合本构模型,对一个8点支承的弦支穹顶结构进行了不同地震加速度下的全过程动力时程分析,考察了2种不同材料模型下的结构动力失效.同时对采用应变-损伤耦合本构模型的结构进行了深入研究,对该结构最大位移、塑性杆件数、杆件的应变能密度和动能密度、构件应力及应力变化率等多个物理量准则进行了考察分析.结果表明:采用应变-损伤耦合本构模型能更加准确地反映结构的动力失效,且这些物理量都能大致反映结构动力失效过程中的失效时刻;同时也反映了失效时结构最大位移、杆件塑性发展、索力松弛等失效特征.     

一种直线电机弹奏机器人的设计与研究

针对钢琴弹奏专用机器人存在弹奏不流畅、节拍不合、结构复杂等问题,依据仿生学原理设计了一种仿人机械手.首先进行机械手指结构设计,使用雷温法进行构件速度分析,并对关键部件手指进行应力分析.其次搭建基于精密直线电机移动平台的控制系统,设计单片机与Elmo驱动器同步控制方案,并对机械手指结构设计和控制方案进行优化.最后通过对弹奏机器人进行试验,表明基于直线电机的弹钢琴机械手可以满足弹奏机器人设计要求.研究可以为机械手的设计和直线电机的应用提供参考.