基于频率灵敏度方法的宏微运动平台连接架结构优化

连接架与驱动设备频率相近而发生共振,将影响宏微运动平台的稳定工作和超精密定位的实现.为避免共振,本文以连接架为研究对象,搭建连接架固有频率有限元分析模型,并对有限元模型进行实验验证.然后,基于频率灵敏度方法对有限元模型结构参数进行摄动,通过分析刚度和第1阶固有频率对结构参数的灵敏度,进行设计变量选择,再以连接架质量为约束条件,将连接架第1阶固有频率倒数作为目标函数,对连接架优化模型进行优化并进行实验验证.通过优化,连接架第1阶固有频率得到了有效的提高,避免了连接架与音圈电机发生共振,从而为宏微运动平台稳定工作和超精密定位提供可靠依据.     

基于动力学共线刚度的空间隔振平台结构参数优化EI北大核心CSCD

针对空间隔振平台的参数优化设计问题,引入一个新的评价指标——动力学共线刚度。空间隔振平台上下平台的半径和相邻铰接点所对应的圆心角被选为设计变量,以最小动力学共线刚度的最大化为目标函数,以在指定的带宽内动力学共线刚度满足工程设计要求为约束条件,建立参数优化问题的模型,并以遗传算法为优化工具进行数值求解。仿真结果表明,经参数优化后的空间隔振平台满足工程设计指标要求。     

基于动力学共线刚度的空间隔振平台结构参数优化

针对空间隔振平台的参数优化设计问题,引入一个新的评价指标——动力学共线刚度。空间隔振平台上下平台的半径和相邻铰接点所对应的圆心角被选为设计变量,以最小动力学共线刚度的最大化为目标函数,以在指定的带宽内动力学共线刚度满足工程设计要求为约束条件,建立参数优化问题的模型,并以遗传算法为优化工具进行数值求解。仿真结果表明,经参数优化后的空间隔振平台满足工程设计指标要求。     

韧带型手性结构固有频率优化

对具有负泊松比的六韧带手性结构的动力性能进行了研究。以提高韧带手性结构胞元结构刚度为目标,建立基于固有频率参数的优化模型。通过定义不同阶次固有频率对应的权重系数,实现了固有频率参数的归一化。选择韧带手性结构胞元的韧带厚度、圆环壁厚两个参数为优化变量,建立了结构优化方程。最后,应用遗传算法（GA）对韧带手性结构进行优化。结果表明,优化后其前几阶固有频率明显提高,为减振降噪新材料的设计与应用提供了参考。      

主动减振器结构参数优化设计

主动减振系统由3个以上减振器构成,其固有频率直接决定了系统隔振带宽,且减振器水平向隔振广泛采用摆机构。柔性杆直径及杆长是影响摆机构水平向刚度的主要几何参数。根据材料弹性变形理论建立了摆机构的水平向刚度模型及最大拉应力模型。在给定的负载质量范围内,以主动减振系统水平向固有频率与目标值的均方差最小作为优化目标,将许用拉应力和最大尺寸作为设计约束,应用序列二次规划法求解该非线性优化模型,得出摆机构的最优设计参数及对应的均方差。基于3σ准则,可估计主动减振系统的水平向固有频率分布范围。在许用固有频率范围约束下,得到摆机构参数的允许范围。实验结果表明:减振系统固有频率的测试值与理论分析值的差异小于10%;加入主动控制后,振动传递率的共振峰小于0dB,大于6Hz的振动传递率小于-20dB。     

基于自适应遗传算法弹簧刚度优化的可调频多维减振平台设计

依据特定工况下的振动激励频率设计得到的多维减振平台,不能满足多场所、多工况下减振的要求。通过改变弹簧刚度值调节减振平台的固有频率可实现其不同工况下多维减振的目标。给出了基于空间对称3-PRC并联机构设计的多维减振平台模型;采用闭环矢量方法建立其运动学、动力学理论模型;采用自适应遗传算法对满足特定要求固有频率的弹簧刚度值进行优化,得到了满足误差要求的弹簧刚度值,实现了多维减振平台的调频目标。为设计工作于变激励工况下的多维减振平台提供了一种新的思路。     

一种非线性隔振器的静力分析与实验研究

研究一种变刚度非线性隔振器,使该隔振器具有高静刚度低刚度的效果。根据水平铰支梁受水平力弯曲理论、刚度并联理论,分析斜薄壁梁在竖直方向力的作用下的力位移以及刚度位移特性,得到斜薄壁梁结构在竖直力作用下具有负刚度特性。通过与弹簧（正刚度）结构并联,理论结合实验验证一种并联结构隔振器样机,得到该样机具有高静刚度－小静变形,低动刚度－力的变化率很小。     

动力总成悬置系统隔振优化与工程应用

针对某车辆在怠速工况下动力总成晃动较大的现象,利用ADAMS建立悬置系统仿真模型,并结合实验测试数据,验证模型的正确性。以悬置刚度参数为设计变量,以固有频率合理分配为约束,以悬置系统能量解耦和隔振传递率最小为目标,对动力总成悬置系统进行分析优化。整改后,对整车进行试验测试,结果表明,悬置系统隔振性能明显提高。     

基于正负刚度并联的新型隔振系统研究

分析了正负刚度的概念，提出了通过正负刚度弹簧并联实现超低频隔振的新方法．并联负刚度弹簧不但显著降低了隔振系统的固有频率，同时也改善了系统的阻尼特性，提高了隔振系统产生高频内共振的频率．对所研制的正负刚度并联隔振系统进行的大量试验研究表明：由于并联了负刚度弹簧，隔振系统固有频率从6Hz降低到0．75Hz。隔振能力明显提高．     

基于正负刚度并联永磁隔振器的隔振性能分析及实验验证

针对超精密领域小负载隔振的新需求,基于正负刚度并联原理,采用永磁弹簧和橡胶带相结合的方法,永磁弹簧提供正刚度,橡胶带提供负刚度,提出了一种正负刚度并联永磁隔振器的新构型。为了研究该隔振器的隔振性能,通过实验与理论相结合的方法,建立了橡胶带拉力和刚度的数学模型,验证了橡胶带拉力解析模型的有效性;建立了正负刚度并联永磁隔振器的动力学方程,分析了该隔振器的隔振性能;搭建了永磁弹簧和正负刚度并联永磁隔振器实验台,分别进行隔振性能测试。实验结果表明该隔振器隔振性能的理论计算和实验测试的结果比较吻合,且具有良好的隔振性能;该隔振器最大特点在于其最大承载能力时,刚度最低,固有频率最低,低频隔振性能最好。     

2-UPR-SPR并联机构的刚度与谐响应分析

目的针对一种两转一移三自由度封装并联机构2-RPU-SPR自动化包装过程中高工作精度的特殊应用要求,运用有限元法对其进行刚度与谐响应分析,从而研究机构的刚度和抗振性能。方法运用Solid Works建立三维实体模型,然后导入Ansys Workbench软件进行分析。结果得到机构在外力作用下3种不同姿态的位移变形云图,并通过模态分析,得知2-RPU-SPR并联机构1—6阶固有频率分别为130.39,133.42,218.35,760.36,768.07,776.96 Hz,以及各阶频率下的振型。在此基础上进行谐响应分析,得出动平台在x,y,z轴方向的位移响应曲线。结论找出了机构刚度的薄弱部位,得出了刚度随位姿变化的规律;通过谐响应分析验证了该并联机构的抗振性能,得出机构应避免的敏感频率,这为该封装并联机构的进一步动态设计与优化奠定了基础。     

液压挖掘机动力总成悬置系统隔振性能分析与优化

以某型国产液压挖掘机为研究对象,建立动力总成悬置系统数学模型与Adams动力学模型,仿真分析结果表明系统存在严重的耦合现象,隔振性能不理想。利用Isight软件集成Matlab,以悬置刚度参数作为设计变量,悬置系统能量解耦率为目标函数,以固有频率合理分配为约束条件,建立优化模型并开展灵敏度分析与优化分析,优化后系统解耦程度得到明显改善,优化方案对液压挖掘机动力总成悬置系统实车优化具有一定参考价值。     

动力包多子结构双层隔振系统隔振优化方法EI北大核心CSCD

为了提升内燃动力包隔振性能,针对优化设计过程中优化参数较多及优化效率较低的问题,对其隔振优化方法进行研究。首先,通过综合各子结构质量、刚度矩阵建立多子结构动力包双层隔振系统24自由度动力学模型,对系统进行传统的全局坐标系下自由度耦合分析并据此提出能够去除子结构平动、转动自由度固有耦合效应的多坐标系解耦概念;其次,运用Sobol’全局灵敏度分析方法确定对动力包隔振性能影响较大的参数,并将其作为优化变量;然后,综合考虑解耦率与隔振效率对动力包进行多目标优化;最后,根据建立的动力包刚柔耦合有限元模型对系统隔振性能进行评估。结果表明,优化后系统解耦率及各工况下隔振效率均达到较高水平,验证了该方法的有效性。     

考虑材料参数不确定性结构动力学稳健性拓扑优化设计

本文在考虑材料参数不确定性的条件下,对连续体结构动力学稳健性拓扑优化设计进行研究。在使结构的第一阶固有频率最大化的同时,显著减小其对材料性能不确定性的影响。基于非概率凸集模型,将材料参数的不确定性用有界区间变量表示;建立了能够抑制频率改变的结构动力学拓扑优化模型,用单层优化策略求解稳健性优化设计问题。通过对材料参数的导数分析,获得了在材料性能不确定情形下结构第一阶固有频率的二阶泰勒展开式,并推导出了频率对拓扑变量的一阶灵敏度显性表达式。基于变密度法,开展了结构动力学稳健性拓扑优化设计,并与确定性优化结果进行对比,验证了用本文方法获得的结构第一阶固有频率稳健性更高,受材料参数不确定性扰动影响更小,展示了考虑材料参数不确定性的重要性。     

汽车动力总成悬置优化设计分析

基于多目标优化思想,建立一种汽车动力总成悬置系统十三自由度优化设计模型。以驾驶员座椅导轨垂向振动及驾驶员右耳旁噪声最小,系统的隔振率、能量解耦率最大和系统固有频率的合理配置为优化目标,以悬置三向静刚度之间的比例以及刚度下限为约束条件,利用遗传算法对刚度进行优化计算。结果表明,动力总成解耦率和固有频率的合理配置对车辆整体乘坐舒适性的影响较大,多目标优化后汽车整体舒适性得到了较大的提升。     

基于遗传算法的动力总成悬置模态解耦及隔振性能优化

针对某SUV模态解耦率以及隔振性能不达标问题开展优化研究。运用两个三向刚度弹簧对后悬置独特结构进行简化并基此建立四点悬置六自由度多体动力学模型。以橡胶三向静刚度为优化变量,以悬置模态解耦率为优化目标,采用遗传算法对悬置参数进行优化。结合原悬置非线性刚度段的设计参数,对优化后的悬置进行通用28工况仿真以评判悬置限位作用。分析和测试结果表明,优化后悬置模态解耦率有大幅提升且悬置能够满足隔振以及限位要求。     

正负刚度并联隔振系统建模与性能分析

针对重型装备低频减振难题,基于正负刚度并联原理,设计一种由矩形弹簧和碟形弹簧相互并联的低频被动隔振系统。建立隔振系统的简化模型并构建其运动微分方程,运用谐波平衡法分析得到其力传递率,分析在简谐力激励下的稳态周期响应。利用MATLAB对正负刚度并联隔振系统在扫频激励和随机激励下的响应特性进行仿真分析,进而搭建力传递率测试平台,验证所建动力学模型的正确性与合理性。仿真与试验的结果表明,所设计的正负刚度并联隔振系统具有良好的隔振性能,该成果可为重型装备低频隔振的研究提供理论和实验依据。     

考虑装配变形的精密机床床身优化设计

为了减小装配变形,提高机床装配精度,提出了一种考虑装配变形的机床床身优化设计方法。首先,分析了机床装配变形部位和床身装配变形机理,研究了影响机床床身装配变形的因素及其影响规律;其次,基于响应面模型和遗传算法,提出了考虑装配变形的机床床身多目标优化方法,给出了优化设计流程;最后,以经典的机床床身为实例,以床身结构参数为设计变量,以床身质量、装配变形幅值、最大静变形量最小和一阶固有频率最大为优化目标,对床身进行优化设计。结果表明：床身长度和宽度方向的筋板数量和筋板厚度均对装配变形有重要影响;床身优化后,可有效减小装配变形,提高装配精度,同时使床身的质量更小、刚度更大和动态性能更优。研究结果不但为机床基础大件的结构分析与优化设计提供了参考,也为其他类似设备的多目标优化提供了理论依据,具有重要的工程实践价值。     

三自由度并联包装机构动力学建模与分析

目的为了提高一种三自由度并联包装机构动态性能,对其进行动力学建模与仿真研究。方法首先建立机构三维模型并进行位置反解计算,而后应用凯恩法列出动力学方程。在对支链模态分析基础上依托多体动力学仿真软件ADAMS与有限元软件Ansys,将各连接杆件由刚体转换为柔性体进行刚柔耦合动力学分析。结果通过动力学建模求得了驱动杆在广义坐标下的驱动力。由模态分析求得支链的第1阶到第6阶固有频率分别为88.656,108.95,119.96,125.33,131.07,138.77 Hz,以及机构在各个阶次下的振型。得到了机构动平台质心运动位移、速度、加速度,以及关节驱动力、力矩变化曲线。结论并联包装机构中刚度薄弱环节位于球铰连接两端,在各阶模态振型中,振动相对位移较大位置位于动平台和支链中部滑块;连接杆件会对动平台运动性能、关节驱动力产生一定的影响。分析结果为并联机构进一步优化提供了理论依据。     

基于灵敏度及层次分析法的键合头多目标结构优化

为满足保证键合头动态特性、避免共振条件下达到结构轻量化设计要求,提出基于灵敏度计算参数优选及基于层次分析法最优解提取相结合的多目标优化设计方法。通过有限元仿真计算与模态实验结合研究键合头动态特性验证有限元模型精度。针对拾取臂部件设计参数进行灵敏度分析并提取优化设计变量。用多目标遗传优化算法对拾取臂以一阶固有频率、结构质量为目标优化计算,用层次分析法优选出最佳优化方案。结果表明,优化后拾取臂一阶固有频率提高27.1%,结构质量减轻8.9%,且键合头已避开共振频段达到设计要求。该研究方法具有较高的精度及应用价值。