基于灰色关联度的深切口椭圆柔性铰链稳健性优化设计

针对深切口椭圆柔性铰链设计结构参数存在不稳定的问题,建立了深切口椭圆柔性铰链的柔度运动模型,基于该模型提出了一种基于灰色关联度的稳健设计新方法。该方法是通过描述深切口椭圆柔性铰链柔度的一个关联度序列,分析铰链的柔度线性关系,利用灰色关联度评估铰链的柔度的关联程度,然后根据方差分析表中的方差波动百分比对每个因子的进行排序,得到一个关联度最大的稳健性因子水平组合。结果表明该方法可以为柔性铰链在可靠性稳健设计方面提供一种新的解决途径。     

基于正交试验与层次分析法的柔顺平行四杆机构稳健优化设计

为了提高柔顺平行四杆机构设计结构稳健性,建立了柔顺平行四杆机构的柔度运动模型,针对该模型提出了一种基于正交试验与层次分析法的综合权重计算方法,以柔顺平行四杆机构柔度稳健设计为响应目标,柔性梁和刚性梁的长度、柔性铰链宽度、机构厚度为设计变量,结果表明综合权重分析方法能够准确判断的影响因素主次顺序,确定最佳参数组合,实现了柔顺平行四杆机构稳健优化设计。     

柔顺平行四杆机构多目标稳健优化设计

为了提高柔顺平行四杆机构的稳健性,柔顺平行四杆机构应具备良好的结构尺寸。建立柔顺平行四杆机构有限元模型,对柔顺平行四杆机构的柔度和模态进行分析,以柔顺平行四杆机构的柔度和一阶固有频率为响应目标,柔性梁和刚性梁的长度、宽度、高度为设计变量,利用田口方法和灰色关联法进行多目标稳健优化设计,确定最佳组合参数。优化后的柔顺平行四杆机构具有更高的可靠性,并有效减小其波动性。分析结果表明,田口方法结合灰色关联法能有效应用于柔顺机构多响应目标稳健优化设计。     

基于改进灰色TOP SIS模型的柔顺机构多响应稳健优化设计

为了解决稳健优化过程中柔顺机构多响应特性难以合理客观赋权的问题,提出一种改进灰色TOPSIS模型的多响应稳健优化方法。利用主成分分析解决多响应合理客观赋权问题;引入灰色关联分析法和TOPSIS法建立改进灰色TOPSIS模型,以灰色相对贴近度作为综合度量指标,使多响应问题转化为单响应问题;并对灰色相对贴近度进行主效应分析,获得最佳参数设计水平。通过实际案例验证了该方法的有效性。     

新型直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算及其性能分析

多轴柔性铰链应用于空间柔性机构。提出一种新型多轴柔性铰链——直圆椭圆复合型多轴柔性铰链,以卡氏第二定理为理论基础,推导直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算式。采用所得计算式对一组实例进行柔度计算,同时对其进行有限元分析。通过对比分析,二者误差在14%以内,验证了计算式的正确性。借助于推导的计算式,分析直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的结构参数对其柔度的影响。定义相对柔度比,得出直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均优于直圆型多轴柔性铰链。综上,直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的提出,为柔性铰链在空间柔性机构的工程应用提供了新的思路。     

基于倒正态损失和满意度函数的多响应稳健设计

针对多响应稳健设计问题,以响应曲面法为基础,采用倒正态损失函数改进传统的满意度函数,以同时优化多响应的均值和标准差。首先选择恰当的实验设计获得样本集,然后通过倒正态损失函数将各个响应的均值和标准差同时引入满意度函数,建立综合满意度函数模型,而后用遗传算法对模型进行寻优,获得一组较优的输入变量组合,以实现输入变量的优化。案例研究表明,所提方法能使多响应的均值较好地接近目标值且标准差较小,实现了多响应的稳健设计。     

3自由度混合柔性铰链微定位平台的设计与分析

为了提高3自由度并联微定位平台的性能,研究了一种新型的混合柔性铰链微定位平台,它由正圆柔性铰链和直角柔性铰链组成。根据正圆柔性铰链和直角柔性铰链的不同特性,设计出了新型的混合柔性铰链微定位平台。先建立传统的3-RRR柔性铰链微定位平台和新型的混合柔性铰链微定位平台模型。再通过有限元分析软件,比较了新型混合柔性铰链微定位平台和传统的3-RRR柔性铰链微定位平台的柔度和灵敏性。结果表明,混合型柔性铰链微定位平台较传统的3-RRR柔性铰链微定位平台有更好的性能。     

基于超声波电机的三维微动平台的设计

为了适应航空环境中低电压和轻重量的要求,设计了一种基于柔性铰链微位移缩小机构的微动平台。微动平台由超声波电机作为驱动元件,利用杠杆原理,经由柔顺机构输出缩小位移,从而实现机器人末端手臂的微位姿调整。对微位移缩小机构缩小倍数与运动学做了理论分析,并对柔性铰链位移和最大应力进行了有限元分析,实验证明该微动平台可以实现预期的运动。     

二维微动工作台的设计与分析

设计了一种用于宏微双重驱动系统的二维微动工作台。该微动平台采用柔性铰链支撑的并联式设计结构,该结构比串联式结构更简单紧凑,其x方向和y方向完全对称,所以这两个方向的参数完全相同,便于参数识别与工作台控制;采用有限元方法对该工作台进行了静态分析,并与采用解析法计算的结果进行对比。推导出由于宏动工作台高加速运动而引起微动工作台振动的加速度公式,为研究宏动台高加速、高减速运动对微动工作台的影响提供了依据。最后,计算分析了宏动工作台典型运动情况对微动工作台的影响,分析表明选择合适的阻尼比ξ,可以获得较短的微动工作台系统的调整时间和较小的超调量。     

3-RPC分布柔度式柔顺机构结构设计

针对传统柔性并联定位机构定位精度低,无法满足高精度定位要求的问题,提出分布柔度式柔顺机构。基于传统并联机构为设计原型,采用拓扑优化理论对空间定位机构进行拓扑优化设计,以得到空间分布柔度式柔顺机构,首先,以3-RPC传统并联机构为研究对象,建立微运动矢量映射关系。然后,建立3-RPC分布柔度式柔顺机构的材料插值模型,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,并建立其拟合修正后的三维模型。最后,通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析,并对3-RPC分布柔度式柔顺机构实体模型进行试验研究。结果表明:与同构型的柔性并联机构相比,空间分布柔度式柔顺机构具有相同的微动特性,定位精度高,误差在允许范围内,进而验证了空间分布柔度式柔顺机构的拓扑优化设计方法的有效性,为空间分布柔度式柔顺机构优化设计提供了新思路。     

一种基于柔性铰链微旋转平台设计与仿真

针对微/纳精密操作定位精度需求,采用压电驱动方法,设计一种基于柔性铰链的新型微旋转平台。设计一个直角柔性铰链一级放大机构对机构的输入位移进行放大;并对放大倍数和旋转角度进行了理论分析;比较该微旋转定位平台输出位移理论值和ANSYS有限元仿真值,理论值和仿真值基本吻合;对微旋转定位平台的柔性铰链应力变形进行了验证,在满足其输出位移情况下,材料的力学性能符合设计要求。     

基于响应面法的双螺杆泵容积效率建模优化

双螺杆泵容积效率的影响因素复杂且容积效率计算困难。为解决此问题,提出一种基于理论模型及响应面法相结合的容积效率建模优化方法。基于平行平板液流理论建立双螺杆泵效率理论模型,进行敏感度分析,筛选出影响泵容积效率的最敏感设计参数为间隙、压差及动力黏度。基于正交试验和响应面法,通过有限元数值仿真分析,建立泵容积效率与敏感参数的拟合关系模型。仿真结果表明所选择的敏感参数对效率影响均显著。基于该拟合关系模型,以容积效率为优化目标,建立优化模型并求解,获得最优敏感参数组合,使泵容积效率显著提高。所提优化方法可降低仿真计算的复杂性,提高理论模型的精度。     

基于响应面方法的汽车法兰盘锻模优化设计

以汽车法兰盘为例,对锻模的飞边槽进行优化设计,使锻件填充饱满.以飞边金属材料的体积为优化目标,采用内接的中心复合设计方法,结合数值模拟试验,通过回归建立了二次多项式的响应面模型.通过响应面分析,得出影响飞边体积和充型饱满度的显著因素是飞边槽桥部的高度.在此基础上,得到优化的飞边槽结构尺寸.最后,应用Kriging模型结合遗传算法,进行了优化对比.结果表明,在较少因素情况下,响应面方法比遗传算法所需时间更短、优化效果更好.     

基于优化的金属打包机箱体可靠性分析

针对金属打包机箱体结构轻量化问题,对响应面优化后的打包机箱体进行可靠性分析,提出一种将响应面优化理论与可靠性分析相结合的新方法。采用中心复合设计方法拟合出响应面并通过参数灵敏度分析确定设计变量,在满足箱体的强度、刚度条件下,进行响应面优化,得出打包机箱体的最小质量;再以此为基础重新建立箱体三维模型,并根据打包机箱体的强度、刚度可靠性评价标准,获得优化后箱体结构的可靠度和六西格玛水平。结果表明:优化后的箱体质量减轻了9.11%,箱体的可靠度为97.50%,这不仅提高了箱体的强度和静刚度,还减轻了箱体质量,并保证了箱体的可靠性,为其他大型工程机械的设计提供了新思路。     

基于有限元的140 kN摩擦焊机主轴箱响应面优化分析

以140 kN连续驱动摩擦焊机主轴箱为研究对象,应用有限元分析软件对主轴箱进行了静、动态相关特性的分析。为提高主轴箱综合力学性能,并实现主轴箱箱体材料的合理利用,以箱体壁厚等7个结构参数为设计变量进行了中心复合实验设计。根据得到的数据结果,基于Kriging插值法建立了主轴箱的响应面模型,并对各设计变量进行了灵敏度分析。利用多目标遗传算法完成了主轴箱的优化设计,与原结构方案相比主轴箱箱体减重16.6%,实现了焊机轻量化设计。经过对主轴箱响应面模型拟合精度的校验,验证了CCD实验法与Kriging插值法相结合可高效精准地完成主轴箱响应面模型的建立。因此这一优化方法同样适用于其他类型的机床零部件的设计。     

基于响应面法的玻璃钻孔支撑结构优化设计

对玻璃进行钻孔加工过程中,机床中钻孔支撑结构的变形会使钻头发生偏移,降低钻孔的质量,提出了以最小化钻孔支撑结构的变形量和构件质量为优化目标的结构优化设计方法.考虑到支撑结构多目标优化模型缺乏的问题,在ANSYS Workbench软件中进行钻孔支撑结构的有限元分析,通过试验点选取、拟合函数选择和响应面合理性评估,建立了...     

压电磨削测力平台的有限元结构优化设计

压电磨削测力平台结构优化设计的核心是弹性环与传感器三向刚度相互匹配的问题。文章重点介绍了测力平台在力学建模过程中对弹性环刚度的定义，准确得出弹性环结构的优化边界条件。利用有限元分析法建立测力平台的三维实体参数化模型，完成测力平台弹性环的结构优化设计。通过性能标定实验验证，该测力平台的技术指标全面达到CIRP—STCC规定的动态型测力仪标准。     

基于响应面法（RSM）的锻造预成形多目标优化设计

以航空发动机涡轮盘锻件为研究对象,应用响应面法(Response surfce Methodology,RSM)和有限元数值模拟(FEM)对锻造过程预成形设计的多目标优化问题进行了研究.首先以模具充填完整和提高锻件内变形均匀性为目标,建立了有限元数值模拟与响应面法相结合的二阶分析模型,并对优化结果进行了讨论.其次,在原优化设计的基础上以降低锻造过程的成形载荷为目标进行了预成形再设计.结果表明,应用响应面法可灵活有效的对难变形材料锻造预成形坯料形状进行多目标优化设计.