隐式功能函数结构体可靠性拓扑优化

考虑工程实际中外载荷、材料属性等的随机不确定性对结构安全性的影响,研究了具有结构位移可靠性约束的拓扑优化设计。建立以柔度最小为目标、以单元相对密度为变量、具有材料体积分数约束和结构位移可靠性约束的拓扑优化数学模型;针对运用有限元数值计算方法时结构功能函数为隐式的情况,运用响应面法近似逼近结构真实的功能函数;利用简便高效的一次二阶矩法计算结构位移可靠度;采用内循环为确定性的拓扑优化、外循环控制结构材料体积分数的策略对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过两个算例与确定性拓扑优化结果进行比较,结果表明所提设计方法是高效可行的。     

基于等效静态载荷法的平面四杆机构的结构动态优化设计

介绍并推导了等效静态载荷法(ESLM),并将其应用于结构动态优化设计.通过HyperWorks软件对平面四杆机构进行动力学分析,得到了最大动应力.运用等效静态载荷法(ESLM),把动态载荷转化为等效静态载荷,进而在HyperWoks中实现了平面四杆机构在动应力约束下的的形状优化设计.动态优化设计结果为四杆机构各杆件的形状设计提供了参考,体现出了基于等效静态载荷的形状优化方法在机械结构动态优化设计过程中具有重要的理论意义和实际的应用价值.     

基于等效静态载荷法的高速轻载机器人的结构动态优化设计

机构在高速运动时将产生较大的惯性力,导致弹性部件的变形而影响定位精度。高速轻载机器人的载荷主要由惯性力引起,而传统结构优化方法无法处理各构件惯性力互相耦合的特点。基于等效静态载荷法(ESL),可将非线性柔性多体系统动力学分析与线性结构静态优化相结合,实现在动态载荷下对结构部件的优化来处理各构件惯性力相互耦合的特点。根据此方法运用两种不同优化形式在Hyper Works中进行拓扑优化设计:一种是对多个部件同时优化分析,另一种是对多个部件单个优化分析(单个优化之后,再进行组装分析)。结果表明,两种优化方法对机构的优化均有一定效果。但在同等约束条件的情况下,对多个部件同时优化要优于对多个部件单个优化,说明该方法对高速轻载机器臂的优化设计是有效的。     

柱销齿啮合分度凸轮机构及其动力学建模

介绍了柱销齿啮合分度凸轮机构的工作原理及利用大半圆孔约束的柱销齿分度盘的结构，该类机构的结构简单，可制造性好，能实现无侧隙啮合传动，适用于高速、轻载、高分度精度的场合。将柱销齿啮合分度凸轮机构简化为5自由度动力学系统，并建立了动力学微分方程。     

含柔性运动副欠驱动机构运动学和动力学求解的数值迭代算法

欠驱动机构运动学和动力学约束不完整,机构运动具有不确定性,欠驱动机构引入柔性运动副后可利用其弹性反力一定程度上弥补动力学约束的不完整,但机构的运动学和动力学求解依然困难。针对该问题,以含有柔性移动副的平面2自由度欠驱动机构为研究对象,提出一种运动学动力学求解的数值迭代算法。在运动学、动力学建模的基础上,给定各构件的初始运动条件及原动件的运动规律,基于时间无限细分时两个时刻区间内速度和加速度不变的原理进行迭代和求解,能够得到各构件的运动规律及原动件的驱动力(力矩)。利用Matlab对该机构进行了求解,并分析了柔性移动副刚度对方程求解的影响。所提出的数值迭代算法在一定程度上突破了这类机构深入研究的瓶颈。     

基于混合元胞自动机的柔顺机构多目标拓扑优化方法

采用无梯度优化方法——混合元胞自动机方法进行体积约束下柔顺机构多目标拓扑优化设计。以应变能最小化和互应变能最大化为目标,以结构体积为约束,采用标准化方法定义多目标拓扑优化的目标函数,消除不同性质目标函数在数量级上的差异。将混合元胞自动机方法用于多目标优化问题的求解,以比例控制作为局部控制规律。数值算例结果表明,该方法用于柔顺机构多目标拓扑优化设计是有效的,优化迭代次数较少,且结构不易出现单节点铰链现象。     

基于ESLM的机械系统动态响应优化算法研究综述

相比于静态优化技术的成熟研究与应用,由于动态约束一般很难处理,动态响应优化一直是系统优化设计领域的热点和难点。基于系统响应场等效思想将结构动态响应优化问题转化为静态优化问题的等效静态载荷算法(ESLM),为机械系统动态优化设计提供了新的途径,基于ESLM的系统动态响应优化理论在不同机械系统设计领域展露出巨大的市场应用前景。文中总结分析了目前结构动态特性优化算法与结构动态响应优化算法的研究及应用现状,重点针对近十年来基于ESLM的结构动态响应优化算法的研究进展进行综述,探讨了基于ESLM的动态响应优化技术的研究趋势,力求为机械系统优化技术研究提供新的研究思路,为其应用于重大科学工程奠定基础。     

基于无棋盘格约束的柔顺机构拓扑优化方法

提出一种基于无棋盘格约束的柔顺机构拓扑优化设计方法。首先建立具有体积约束的拓扑优化模型,然后分析拓扑优化结果中的棋盘格现象,再建立消除棋盘格的约束条件,在此基础上建立具有消除棋盘格的设计变量更新最佳准则,通过拉格朗日乘子法,推导无棋盘格约束、体积约束和优化目标的灵敏度。通过这种方式,使无棋盘格约束在逐次迭代中改善棋盘格现象,从而最终得到理想的0-1无棋盘格拓扑。最后,以柔顺机构拓扑设计问题为例,进行了算法验证,结果表明本文算法能够实现较好的0-1无棋盘格收敛效果。     

烟包推手机构改进方案设计及动态特性分析

针对高速烟包推手机构专利方案进行了详细分析,提取出实现导向往复运动的功能要求,并建立形态学矩阵得到多组机构组合方案,通过综合评价获得最优的改进设计方案。考虑到机构在高速运转过程中的机构动态特性,运用机械系统动力学分析软件ADAMS对专利方案和改进方案进行动力学仿真,得到两组机构驱动力矩﹑关键铰链部位约束反力及相关运动规律动态性能曲线,依据两组机构虚拟样机的动力学数值分析结果,对两组方案的机构动态特性进行比较分析,对改进机构减震降噪的结构优化具有重要参考意义。     

油膜振荡及其防止办法

本文综合介绍滑动轴承油膜振荡的机理、现象,并通过对轴承工作的静力学,连续条件和动力学分析,说明了油膜振荡是影响高速轻载轴承工作不稳定的主要因素,提出了防止办法。图16、表1。     

多相材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计

为了实现机翼前缘连续变形及结构轻量化,利用多相材料进行了柔性机翼前缘结构的设计。在轮换主动相变量算法的基础上,以选定前缘初始曲线上9个坐标点的实际位移和目标位移的偏差为目标函数,各相材料的体积分数作为约束,建立多相材料柔性机构拓扑优化模型,采用OC优化准则法进行求解。编写MATLAB程序,计算得到了清晰的两相实体材料前缘结构优化结果。利用CATIA软件对优化结果进行几何模型重构,并将重构后的模型导入HyperWorks软件进行仿真分析,结果表明多相材料机翼前缘柔性机构能够实现最大9.1°的连续偏转。     

基于Matlab的系泊绞车齿轮传动机构模糊优化设计

针对多因素多约束非线性的系泊绞车齿轮传动机构,采用二级模糊综合评判进行优化设计。以系泊绞车的齿轮传动机构体积最小为设计目标函数,将设计变量约束和性能约束作为模糊优化的约束条件,利用Matlab优化工具箱对系泊绞车的齿轮传动机构进行模糊优化设计,结果表明,能够得到更加紧凑的结构,可以节省材料和减轻系泊绞车的质量。     

基于AMESim的气门开启机构动态特性研究

节油轻载内燃机配气机构中气门开启机构动态特性取决于液压缸动态响应过程,液压缸动态特性受多种因素影响,试验中液压缸活塞杆回退慢,行程lomm时,其动态响应时间达不到0.5s.为了优化液压缸动态特性,建立了工作机构液压系统的数学模型,分析其影响因素,采用AMESim对主要影响因素进行优化仿真,并对仿真结果进行了试验验证,得出了给定条件下液压缸动态特性的影响规律.     

基于等效静态载荷法的平衡吊臂架结构优化

将等效静态载荷法(ESLM)应用于平衡吊臂架系统的动态优化设计中,提出了平衡吊臂架系统动态拓扑优化后的部件构型。通过HyperWorks软件中的Motionview模块对平衡吊臂架系统进行动力学分析,得到了最大动态应力;运用等效静态载荷法,将动态载荷转化为等效静态载荷,进而在OptiStruct模块中实现平衡吊臂架系统在动应力约束下的拓扑优化设计;得到的动态优化设计结果为平衡吊臂架系统的结构设计提供了参考。     

高速弹性连杆机构的满应力优化设计

本文介绍了一种进行高速弹性机构满应力优化设计的方法。在进行迭代优化时,快速准确地求出迭代矩阵是提高计算效率的关键。给出了简便地求出雅可比迭代矩阵的方法,由于采用了精确的弹性机构的迭代矩阵,故该方法适合于许用应力较大的高速弹性机构满应力的优化设计。     

双足机器人并联踝关节优化设计

通过对人的踝关节运动机理分析,设计一种新型的双足机器人踝关节并联机构。建立并联机构的参数化模型,并对该模型进行运动学和动力学分析,得出该并联机构的一阶影响矩阵、伸缩运动的驱动力与零力矩点(Zero moment point, ZMP)轨迹关系。由于实际双足机器人行走时踝关节驱动力矩与角速度差异较大,为解决双足机器人步态行走中踝关节的动力学不平衡特性,结合并联机构的运动特点,迭代计算优化并联机构的结构参数,使踝关节两个驱动元件的驱动功率峰值和速度趋于一致。进行双足机器人步行试验研究,结果表明,优化后的并联结构踝关节的驱动功率峰值是串联结构下功率峰值的50 %左右,降低驱动元件的功率设计要求。在满足双足行走时踝关节的运动性能要求下选择小功率的驱动元件,有利于减小关节的体积和质量,减小能耗。     

一种考虑轴承缺陷影响的机构动力学分析方法

为有效地揭示轴承滚道缺陷特征对高速机构动态响应特性的影响规律,在多体动力学理论框架下提出一种考虑轴承缺陷影响的机构动力学分析方法。该理论采用力约束方法构建机构中滚动轴承转动副模型,通过分析轴承中各滚动体与滚道缺陷几何特征之间的接触关系,计算滚动体接触载荷并获取轴承转动副等效约束反力,探讨轴承缺陷激励对高速机构动态性能的影响规律。在此基础上,以含深沟球轴承的曲柄滑块机构为例,分析轴承滚道表面局部式缺陷和分布式波纹度缺陷对机构动力学特性的影响。研究表明,轴承滚道缺陷将引发轴承各滚动体接触动载荷突变。这种突变载荷经传播后,直接影响着机构中各构件的运动状态,对高速机构运动平稳性将产生严重影响。此外,该理论方法具有一般性,具有不同滚道几何缺陷特征的滚动轴承均可嵌入到本方法中,分析轴承转动副缺陷对各类机构动力学特性的影响。     

煤气罐的应力分析与优化设计研究

对煤气罐进行了设计计算,建立了三维模型,运用有限元分析软件对煤气罐施加工作压力,得到了工作状态下煤气罐的应力值。根据应力分析结果对煤气罐的壁厚进行了优化分析,得到了设计序列、体积与迭代次数的关系曲线、厚度与迭代次数的关系曲线、最大应力与迭代次数的关系曲线,为其他压力容器的应力分析和优化设计提供了思路。     

接触力约束下的焊头机构快速启停控制

为了实现对高速粘片机的接触力控制,提出了基于机构动力学—控制系统协同仿真和优化的速度规划方法。首先,建立焊头机构运动控制系统模型,目标函数是在最大接触力约束下运动时间最短。其次,引入位移状态变量,将接触力控制转化为位移无超调的最速控制问题,获得无超调约束下运动时间最短的控制系统参数和速度,并通过位移偏置量调整来实现对接触力的控制。仿真结果表明,优化后的运动曲线可以在高速时保持软着陆,实现对接触力的控制。     

8-SPU冗余机构大工作空间/杆长行程优化分析

鉴于并联机器人工作空间较小的状况,对一种等效8-SPU并联机构采用三维边界搜索法对工作空间进行了求解及优化。考虑机构杆长约束、转角约束、连杆干涉,建立逆运动学方程,搜索所有工作空间内的点,绘出了定姿态工作空间的三维边界图,然后给出了两个机构参数对工作空间的影响曲线。最后以体积比杆长行程为目标函数,采用粒子群算法优化后得到最大的函数值。得到全局最优解后,给出了优化后的工作空间三维图以及优化前后综合指标对比。优化结果表明,仅增加27.59%的连杆行程,工作空间体积增加了143.91%,优化效果较明显。