基于ANSYS的携行式外骨骼机械结构强度分析

以携行式外骨骼为研究对象,采用Solidworks软件对机械结构进行三维实体建模,并实现构件的快速装配;使用ANSYS 10.0软件,对外骨骼机械结构进行有限元分析,并根据计算结果,对机械结构设计提出了修改意见,为其强度校核及结构优化设计提供了理论依据.     

携行式外骨骼机械结构应力测试试验研究

以携行式外骨骼为研究对象,使用Ansys软件,建立机械结构的有限元模型,采用自由度耦合方法,对铰点位置进行处理,计算获得其应力结果。使用静态电阻应变仪,对物理样机进行应力测试。实验结果表明,实际测试得到的应力结果与有限元计算结果的吻合性良好,所得数据真实可信,可为携行式外骨骼机械结构的应力测试提供一种实际应用的方法,为后续研究工作奠定基础。     

基于缓冲结构设计的携行式外骨骼研究

为使携行式外骨骼具有更好的减震和缓冲功能,在携行式外骨骼中增设了缓冲结构。将整个携行式外骨骼视为刚性结构与柔性结构的耦合模型,以60 kg为负重载荷,并考虑冲击系数,在ANSYS中利用刚性区域和耦合技术处理携行式外骨骼有限元模型,并进行该外骨骼结构行走姿态的受力分析和整机振动模态分析,获取外骨骼各姿态应力值和整机各阶振型、振动频率。根据分析结果得,外骨骼结构除踝关节结构需加强外,其余部件均满足静力学强度要求,模态分析结果显示该携行式外骨骼有效避免了人体运动过程中共振现象的产生。对外骨骼进行应力测试和行走测试,各测试数据表明外骨骼满足实际使用要求。     

基于ANSYS的携行式外骨骼背架结构研究

以PPS材料制作的携行式外骨骼系统背架结构为研究对象,以60kg为承载负荷,对背架结构的无支撑弯曲、人体支撑弯曲、人体支撑侧摆三种工况进行有限元分析,并获得背架结构在各工况下的整体应力分布及特定路径下的应力和变形分布。经分析得知,在无支撑弯曲工况下背架结构将产生巨大的集中应力与变形,因此应尽量避免在该工况下进行运动。背架结构在人体支撑弯曲和侧摆工况下所得的应力分布和变形较为理想,背架结构完全能够满足在这两种工况下进行长期运动。     

携行式外骨骼下肢运动学分析与仿真

携行式外骨骼作为一种有效的人机耦合方式,能够为人体负重运动提供必要的支撑和辅助。下肢结构作为整个系统的核心组成,其运动轨迹的实现情况将会直接影响外骨骼穿戴舒适性和运动协调性。从运动学角度出发,对外骨骼下肢结构及自由度和动态稳定性进行了分析,利用坐标变换和D-H方法建立外骨骼下肢运动模型并实现下肢运动轨迹规划。利用Solidworks建立了外骨骼三维模型,将其导入Adams中构建虚拟样机模型进行运动学仿真。仿真结果验证了运动学模型及推导公式的正确性,为进一步研究携行式外骨骼打下了理论基础。     

上肢外骨骼助力系统集成化设计与有限元分析

根据托举搬运的工况要求,设计了一种上肢外骨骼助力系统,该系统具有可穿戴、易操控、高随动及大承载等特点。根据人体上肢结构、运动的特点,采用集成化设计方法建立了上肢外骨骼助力系统的Inventor模型,设计了能托举搬运40 kg重物的上肢外骨骼助力系统,并对框架式机械臂、多级转阀式肘肩关节、转阀驱动机构进行了较为详细的分析说明。对上肢外骨骼助力系统的助力原理进行了分析,并对其创新点进行了总结归纳。为了提高上肢外骨骼助力系统的安全性,利用ANSYS Workbench软件对其关键零/部件进行强度分析,分析结果表明上肢外骨骼助力系统的关键零/部件强度符合安全要求,保证了使用的安全性,并为后期的进一步优化设计提供了设计参考。     

采用自由度耦合技术的汽车起重机车架有限元分析

汽车起重机车架为复杂超静定结构,传统力学方法难以计算且存在较大计算误差.用ANSYS对QY25汽车起重机车架及支腿进行有限元分析,采用板壳单元建立其有限元模型.活动支腿与支腿固定箱连接处的处理使用自由度耦合技术以较好模拟二者的连接关系.对典型工况分析获得的应力及位移分布规律得到车架及支腿的危险区域.为进一步修改优化车架...     

人机携行外骨骼双腿交替多相行走建模与仿真

为了研究人机携行外骨骼行走过程中多相交替过程下运动学参数的变化规律,基于D-H坐标系对外骨骼建立运动学模型,运用Newton-Euler递归公式计算出行走过程中的运动学表达式。为实现外骨骼与人体的携行运动,通过位移姿态传感器对人体行走过程中各关节参数进行了测量与分析。基于西南交通大学第三代人机携行外骨骼为研究对象,在Adams环境中建立虚拟样机,以人体运动参数为驱动,对外骨骼进行运动学仿真,并以双腿多相交替过程为切入点,对仿真结果进行了分析。结果可为人机携行外骨骼驱动的测控系统提供可靠依据。     

基于多自由度分析的负重型下肢外骨骼机构优化

为抵消负载重力力矩,许多负重型外骨骼机器人在髋部设置了气弹簧,但这导致了人体在单腿支撑相后摆过程中由于转动副的消失而不能正常行走。为解决这一问题,针对华东理工大学设计的外骨骼机器人"ELEbot",采用了螺旋理论计算确定"ELEbot"在单腿支撑相的自由度和约束,提出了一种改进的机构以满足此位姿下正常行走对自由度的要求,并验证了驱动配置的合理性。通过ADAMS软件对建立的模型进行仿真分析,得出与理论计算结果一致的结论,证明了优化机构的可行性。     

六自由度外骨骼式康复机械臂机构设计

结合临床康复医学理论,针对康复机械臂特点,文章根据康复需要设计出一种六自由度康复机械手臂的灵巧机构。通过分析肩关节处三自由度串联分布的六种情况,结合肩关节运动参数,借助圆弧导轨构成的虚轴实现肩关节球副运动功能的设计,给出了肩关节处采用PRR和RRP的两种串联三自由度组合设计。最后,对文中提出的PRR模型通过运动学仿真及实验样机验证了机构运动功能的可行性。     

基于有限元的橡胶-金属联轴器功率流研究

基于橡胶粘弹性理论讨论了橡胶-金属联轴器在高速旋转时橡胶组件产生的拉压应力对橡胶材料减振性能的影响,并通过基于有限元计算的功率流减振效果评估方法进行定量分析。结果表明橡胶-金属联轴器在结构材料确定的情况下,通过改变输入转速和扭矩可使联轴器在确保某一功率传递时达到该工况下的最佳减振效果,对这一类联轴器的工程应用有一定的指导意义。     

箱体结构的声固耦合有限元分析

基于声学有限元法和声固耦合理论,建立了箱体结构的有限元模型,采用有限元AN-SYS软件,针对不同厚度的壁板以及不同位置的加筋处理两种情况,对箱体结构振动与内部噪声进行了分析研究,确定部分结构参数的改变对箱体内部噪声的影响规律.     

Multi-domain structural-acoustic coupling analysis using the finite element and boundary element techniques

A new approach to analyze the multi-domain acoustic system divided and enclosed by flexible structures is presented in this paper. The boundary element formulation of the Helmholtz integral equation is used for the internal fields and the finite element formulation for the structures surrounding the fields. We developed a numerical analysis program for the structural-acoustic coupling problems of the multi-domain system, in which boundary conditions such as the continuity of normal particle velocity and sound pressure in the structural interfaces between Field 1 and Field 2 are not needed. The validity of the numerical analysis program is verified by comparing the numerical results with the experimental ones. Example problems are included to investigate the characteristics of the coupled multi-domain system.     

采用有限元分析的结构疲劳计算

通过对机械结构疲劳分析的一般方法,结合目前工程技术领域广泛应用的有限元分析技术,以机车构架为载体进行结构的疲劳分析,并对设计的结构进行相应的改进,缩短了设计周期,减少了实验次数及成本,提高了设计产品的可靠性.     

APDL环境下的参数化有限元分析

针对ANSYS有限元软件分析过程的复杂、费时等问题,需要借助参数化设计的思想来优化产品结构,缩短设计周期.对三种参数化有限元的实现方法进行了分析、比较,选定了基于APDL的参数化有限元分析方法,并用C Builder对ANSYS参数化分析过程全封装,最后用实例给出了具体的实现过程.     

IPMC gripper static analysis based on finite element analysis

Recently, a type of flexible grippers with low power supply (0–5 V) has been designed and developed for grasping small but precision parts. In previous work, the authors manufactured a soft gripper whose actuating components are made of ionic polymer-metal composite (IPMC) materials; however, there is not a comprehensive model to analyze the complete mechanics for this IPMC gripper. Therefore, this paper provides a finite element method for analyzing its static mechanics characteristics in the state with maximal stress and strain (i.e., the gripper opening largest, including the IPMC deformation, stress, and strain). Further, these electromechanical coupling relationships can be simulated by using the piezoelectric analysis module based on ANSYS software. The simulation results show that the maximal tip displacement of IPMC strips can nearly reach their own free length, the maximal stress is 54 MPa in the center of copper electrodes, and the maximal strain is 0.0286 on the IPMC strip. The results provide detailed numerical solutions and appropriate finite element analysis methodologies beneficial for further research on the optimization design, forecast analysis, and control field.     

IPMC gripper static analysis based on finite element analysis

Recently, a type of flexible grippers with low power supply (0–5 V) has been designed and developed for grasping small but precision parts. In previous work, the authors manufactured a soft gripper whose actuating components are made of ionic polymer-metal composite (IPMC) materials; however, there is not a comprehensive model to analyze the complete mechanics for this IPMC gripper. Therefore, this paper provides a finite element method for analyzing its static mechanics characteristics in the state with maximal stress and strain (i.e., the gripper opening largest, including the IPMC deformation, stress, and strain). Further, these electromechanical coupling relationships can be simulated by using the piezoelectric analysis module based on ANSYS software. The simulation results show that the maximal tip displacement of IPMC strips can nearly reach their own free length, the maximal stress is 54 MPa in the center of copper electrodes, and the maximal strain is 0.0286 on the IPMC strip. The results provide detailed numerical solutions and appropriate finite element analysis methodologies beneficial for further research on the optimization design, forecast analysis, and control field.     

联轴器法兰端面齿的设计及有限元分析

提出了联轴器法兰锥形端面齿的几何尺寸设计方法,建立了端面齿及连接螺栓的强度校核公式,并进行了有限元分析验证。该方法能用于Ф500～Ф1 200 mm联轴器法兰端面齿的系列化一般设计,也可供小规格联轴器法兰端面齿作设计参考。     

基于有限元分析的结构优化设计方法

提出了利用ANSYS优化分析功能对结构进行优化分析的方法,通过十杆桁架的优化分析介绍了用有限单元法解决实际问题,实现优化设计的全过程,说明了用ANSYS优化分析功能实现结构优化分析的可行性,从而为其它复杂结构的优化分析提供了新的方法和科学依据。