基于TRIZ方法的曲臂式高空作业车优化设计

目的 结合TRIZ创新理论,针对现有曲臂式高空作业车难以民用这一问题,得出更加完善的解决方案,提高曲臂式高空作业车的环境适应性,扩大其在农村自建房方面的使用范围。方法 运用TRIZ分析方法得到产品的需求点以及设计方案。首先,在发现问题阶段,对现有的曲臂式高空作业车进行现状分析,引入TRIZ理论中的功能模型、5-WHY因果分析法得到现有产品的问题以及改进方向。其次在设计阶段,使用冲突矩阵分析法和40个发明原理进行产品创新设计。最后,在方案评价阶段,运用有限元分析完成方案可行性分析。结果 设计出优化版的曲臂式高空作业车。优化后的曲臂式高空作业车以民用为主,在保证高度的同时减小整体体积并加强稳定性,解决了之前曲臂式高空作业车不适于民用、体积较大、物料运输不便等问题,提高其环境适应性,在一定程度上提高资源的合理利用,实现碳中和理念。结论 首先在课题方面得出了有效可行的解决方案,其次研究和应用TRIZ方法在对各种产品设计的新方向上具有重要的理论指导意义以及实践意义,最后有限元分析可以为设计方案的可行性提供参考。     

空间反射镜轻量化结构的拓扑优化设计

为满足较高面形要求,实现空间反射镜的高度轻量化设计,在直径500 mm 圆反射镜的设计过程中引入拓扑优化方法.依据变密度法建立SIMP模型,在反射镜光轴方向重力的工况下,以结构整体柔度为设计约束,最小体积为设计目标,经过选代,得到了RMS值小于5nm,轻量化率达到75.83%的结构.在同等质量下,传统的三角形孔轻量化结构的RMS值为8.17nm,轻量化率为67.39%.并对优化后的结构与三角形轻量化结构在径向重力工况下进行了面形对比,计算结果满足设计要求.拓扑优化的轻量化方式在面形和轻量化率上都优于传统形式.     

粉料包装机计量螺杆的结构参数优化设计

目的 在不改变螺杆转速和外径的前提下,对已有包装机的计量螺杆结构参数进行优化设计,提高计量螺杆的输送效率。方法 构建螺杆的输送能力模型,并分析颗粒在计量螺杆内部的运动速度。通过电镜显微镜观测典型物料颗粒微观形貌,在离散元仿真环境中构建颗粒形貌,并模拟粉状物料的计量输送过程。通过比对不同结构参数的计量螺杆输送能力,得到初选结构参数,基于粒子群优化算法得到螺杆最佳结构参数,通过仿真模拟方法对优化后的计量螺杆输送能力进行比对验证。结果 优化后的计量螺杆对粉状物料输送速度为358.79 mm/s,输送效率提高了7.44%。结论 通过优化结构参数和仿真模拟结合的方法,提高了粉状物料计量螺杆的输送效率,为工业企业计量螺杆的设计和加工提供基础数据参考。     

离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法

将相对差商法和混沌优化结合起来,形成求解离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法。利用相对差商法可以对离散变量快速寻优的特点,及混沌变量的全局遍历性,可以有效地跳出局部最优解,达到拓扑优化全局寻优的目的。通过采用和准最优解的对比及几何稳定性的判断等辅助性技术,降低了重分析次数。同时,高效的重分析方法的结合,提高了求解的效率,也避免了拓扑优化问题中求解的一些困难。算例表明,该算法对于离散变量的拓扑优化设计问题是快速有效的。     

焊条包装机自动开盒装置的设计与研究

目的设计和研究一种焊条包装盒自动开盒成型装置,实现焊条自动包装机自动装盒。方法通过对焊条包装现状的调研与分析,结合焊条生产企业实际生产现状和焊条包装方式,分析了焊条包装自动开盒装置开盒动作的工艺流程,设计了一种适合焊条包装机自动开盒成型的装置,并建立机构运动数学模型,确定了开盒装置的取盒位移、送盒位移、开盒位移以及开盒卡槽的尺寸。结果该装置以气缸为动力机构,在PLC程序控制器控制下各功能部件动作协调有序,能自动连续完成焊条包装盒片的吸取、推送、撑开等一系列动作。结论该自动开盒装置取盒、推盒、开盒动作稳定、可靠,结构简单,解决了焊条自动包装机自动装盒的技术难题。     

基于COSMOSMotion的包装机横封机构运动仿真

根据横封机构的作用和要求,对偏心链轮横封机构进行了运动分析;通过SolidWorks三维软件建立了偏心链轮横封机构三维模型,利用COSMOSMotion模块对三维模型进行了运动学分析,以曲线和动画直观地展示了仿真结果,并分析了影响偏心链轮横封机构运动性能的参数。     

双材料自由阻尼层结构拓扑优化设计方法

目的 在不减小板壳结构动刚度的前提下有效提高板壳结构的抗振性能,提出一种板壳阻尼复合结构拓扑优化设计.方法 以结构模态阻尼比为目标函数,以某阶固有频率不小于设定值为约束条件,推导目标函数和约束条件对设计变量的灵敏度表达式,采用SIMP插值函数和移动渐近线法求解优化数学模型.结果 研究表明,文中提出的双材料阻尼层结构相比传统单材料阻尼层结构的振动响应明显减小,同时适当改变设计目标和约束条件,可满足不同的工程应用需要.结论 通过在宏观上对高刚度低阻尼材料和低刚度高阻尼材料的分布进行了设计,优化后的结构兼顾低刚度高阻尼材料的高阻尼特性和高刚度低阻尼材料的高刚度特性,实现了结构高刚度高阻尼的设计.     

枕式包装机横封机构的动力平衡研究

针对包装机横封机构高速运行时的振动问题,选用附加配重法作为机构动力性能改善的方法。振动力和振动力矩的完全平衡分析表明,该机构不能够实现完全平衡,并且由机构动力学平衡理论可知,振动力和振动力矩的完全平衡往往会引起其他动力性能的恶化。建立了横封机构的振动力和振动力矩的优化数学模型,并通过MATLAB 进行了仿真分析,得到了数学模型的优化参数,改善了机构的动力性能。     

汽车动力总成悬置骨架的拓扑优化设计

以某商用车动力总成的悬置骨架为分析对象,基于变密度法建立拓扑优化的数学模型及其求解方法;运用有限元软件Hyperworks中的Optistruct模块将拓扑优化方法应用到该商用车动力总成的悬置骨架结构设计中,对单工况下的骨架结构进行优化设计。根据优化的结果并结合生产经验,设计出新悬置骨架的结构。最后用ABAQUS软件对悬置总成进行应力、变形和体积的计算。结果表明,经过优化的悬置骨架安全性能得到提高,重量减轻。     

考虑混合约束的柔顺机构拓扑优化设计

为了满足制造工艺和静强度要求,提出一种综合考虑最小尺寸控制和应力约束的柔顺机构混合约束拓扑优化设计方法。采用改进的固体各向同性材料插值模型描述材料分布,利用多相映射方法同时控制实相和空相材料结构的最小尺寸,采用最大近似函数P范数求解机构的最大应力,以机构的输出位移最大化作为目标函数,综合考虑最小特征尺寸控制和应力约束建立柔顺机构混合约束拓扑优化数学模型,利用移动渐近算法求解柔顺机构混合约束拓扑优化问题。数值算例结果表明,混合约束拓扑优化获得的柔顺机构能够同时满足最小尺寸制造约束和静强度要求,机构的von Mises等效应力分布更加均匀。     

裹包机中的曲柄-摇杆机构优化设计

针对裹包机中常用的曲柄-摇杆机构,在已有研究基础上,运用牛顿-辛普森迭代方法,得到了曲柄摇杆机构角位移随时间变化以及角速度与角加速度随时间变化的曲线;最后,通过角加速度-时间分析得到了该曲柄-摇杆机构的最优结构尺寸。     

平口断点密封袋包装机包覆机构电气控制设计

目的分析平口断点密封袋(又称连卷袋)包装机包覆机构的特点,设计出平口断点密封袋包装机电气控制电路。方法利用PLC发给伺服驱动器控制指令,由伺服驱动器控制伺服电机。结果该系统包装产品速度可达4300个/h左右,采用该系统包装后,与人工包装相比,省时省力,包装动作标准统一,包装位置精确、美观,无折叠现象,包装特性非常优良。结论该系统成功解决了人工包装平口断点密封袋包的难题,降低了工人的劳动强度,提高了企业生产效率。     

基于组合优化策略的热封机构设计

目的通过组合优化策略对热封机构进行结构优化设计。方法建立热封机构有限元参数化模型和多目标优化模型,通过动力学有限元分析获得热封机构结构强度薄弱环节,并采用最优拉丁超立方实验设计对影响热封机构结构强度的主要参数进行研究,分析参数与应力位移之间的响应规律,构造基模型对热封机构进行基于组合优化策略的结构优化设计,取多岛遗传算法和序列二次规划法组合的优化策略逼近最优解。结果组合优化过程中的校正决定系数接近1,模型的结构应力最大值和位移最大值均降至许用范围内。结论对热封机构优化设计采用组合优化策略可行,结果可信度高,效果明显。     

全自动罐身缝焊机输罐曲柄滑块机构的研究与设计

分析了偏置式曲柄滑块机构的运动学、动力学以及结构学特点 ,探索了偏置式曲柄滑块机构设计的规律和方法 ,研究了输罐曲柄滑块机构的设计理论和途径     

包装机封口机构转轴有限元分析

目的验证封口机构主要受力零部件转轴满足实际工况的需求。方法基于某袋成型包装机的整体布局设计、封口机构的方案设计以及理论计算,完成对相应封口机构的三维建模,再利用Ansys Workbench对其进行静力学分析、模态分析,以及使用疲劳分析软件n Code Design Life进行疲劳分析。结果转轴表面所受应力最大为29.94 MPa,其固有频率均大于1246.6 Hz,同时转轴绝大部位的疲劳次数大于1.127×10~8。结论证明符合理论设计的要求,在实际工况条件能正常工作且不发生共振及安全疲劳,由仿真分析可对可能发生疲劳破坏的位置进行预测。     

硅片机器人大臂结构多目标拓扑优化设计

目的为了改善硅片机器人结构的静、动力学性能,实现结构的轻量化设计。方法引入多目标优化理论,并结合层次分析法,实现硅片机器人大臂的结构优化设计。依据设计方案分析大臂的受力情况,采用固体各向同性材料惩罚模型分别构建多目标优化数值模型,并运用优化准则法进行优化求解。引入数理统计中的层次分析法确定各子目标函数的权重比,依据折衷规划组合方法构造关于静刚度和一阶固有频率的总目标函数。结果优化结果可知,大臂的柔度从26.890 mm/N降到13.221 mm/N,一阶固有频率从556.86 Hz增加到629.90 Hz,结构质量从1.48 kg减少到0.583 kg。结论多目标优化结果表明,基于多目标优化理论对硅片机器人大臂结构的改进设计,不仅有效地提高了其静刚度特性,一阶固有频率的提高说明大臂结构能抑制振动能力的提升,还实现了大臂结构轻量化设计。层次分析法的引入为多目标优化问题中各子目标函数的重要性提供了客观的理论依据。     

聚光型太阳电池表面栅电极的优化设计

对聚光型太阳电池表面栅极图形进行优化设计.对组成太阳电池表面栅电极的图形最小单元的各种功率损失进行了详细分析,得到了最佳栅电极间距的递推公式.优化计算了各种宽度的次栅之间的间距,并得到了相对应的功率损失比例.电极和半导体接触良好时,当次栅间距小于最佳值,电极的遮挡对于功率损失影响最大;而当次栅间距大于最佳值时,太阳电池体材料输运功率损失和次栅电极电流输运功率损失开始成为主要原因.对于高倍聚光型太阳电池来说,次栅电极的厚度相对要求厚一些.计算及分析结果可应用于聚光型太阳电池电极的设计中.     

一种傅里叶非圆齿轮驱动的横封机构设计

目的设计一种符合块状包装物横封要求的横封机构,以更好满足横封的工艺要求。方法在分析块状物体横封工艺过程基础上建立傅里叶非圆齿轮数学模型,根据工艺要求建立目标函数以及横封机构参数优化模型,并通过实例进行验证。结果通过实例计算可知,优化设计得到的傅里叶非圆齿轮能更好满足设计要求,比原有传统偏心圆具有更高的灵活性。结论采用更加灵活的傅里叶非圆齿轮副驱动横封机构对横封机构参数进行优化设计,能够更好地满足块状物体横封工艺要求。     

制袋机热封装置温度场模拟与优化设计

目的解决制袋机热封装置中烫刀热封表面温度差偏大的问题。方法用Solid Works软件对制袋机热封装置进行参数化建模,再调用Ansys Workbench插件进行稳态温度模拟仿真,分析其温度场的分布情况。然后通过增加电热管的数量来设计电热板的内部结构,对改进的模型进行有限元分析,并对电热板内电热管安装孔的长度进行优化设计。最后进行试验验证。结果将软件模拟结果与实测数据进行比较分析,两者基本吻合。基于有限元分析模拟的温度场的优化改进设计,可使热封装置的热封面温度差由原来的4.4℃降低至2.9℃。结论基于温度场模拟的电热板内部结构的改进设计可取得令人满意的热封面温差效果。