数控机床主轴系统热模型参数多目标修正方法

为使数控机床主轴系统热模型更为准确,混合响应面模型和多目标遗传算法,提出一种多参数、多目标热模型修正方法。该修正方法根据热平衡试验所获得的数控机床主轴系统热态特性(温升、热变形等)数据,采用中心复合设计的试验设计方法,在设计空间抽取样本点进行数值模拟,建立了由多个有限元热模型设计参数所决定的主轴系统热态特性的二阶响应面模型,利用多目标遗传算法对响应面模型进行循环逼近优化,取得Pareto最优解集,提高原有限元热模型的准确度。最后,以某精密数控双磨头磨床主轴系统为例进行分析,结合热平衡试验的温升和热变形数据,并以此为目标对其有限元热模型的4个主要参数(1个热流密度,3个换热系数)进行了修正研究。结果表明:提出的基于近似模型的多参数、多目标修正方法,适用于机床主轴系统等复杂结构的模型修正,可以有效地利用试验数据,通过有限次的数值模拟计算获得需修正参数的最优解,减少了模型分析的计算误差,使得修正后的模型结果更为接近实际。     

微热压印过程聚合物流动形貌研究

为研究模具结构对聚合物流动形貌的影响,利用Deform-2D对微热压印成型过程进行了有限元模拟。首次系统的研究了模具占空比、宽厚比、阴模、阳模及不对称结构对聚合物流动形貌的影响。模拟结果显示随着占空比的减小,聚合物截面流形从单峰过渡到双峰,从陡峭过渡到平坦,当宽厚比大于1.5时,截面流形开始表现为双峰形式。其仿真结果和相关实验结果吻合。和阳模压印时没有明显的高度差相比,使用阴模压印时,微结构之间存在较大的高度差。针对压印过程易出现的填充效率不佳,提出了模具拓扑结构优化策略,通过在模具边缘布置一些流动坝,达到降低边界处聚合物流动率、促进聚合物有效填充的目的。仿真结果表明优化策略对促进聚合物填充具有很好的效果。     

皮卫星及其星箭分离机构的热-结构耦合与间隙设计

对皮卫星与星箭分离机构进行了热结构耦合分析,以便合理地设计皮卫星与导轨面间的配合间隙,确保皮卫星安全可靠分离。在充分考虑皮卫星发射过程中卫星、地球、太阳三者几何关系的基础上,计算了皮卫星及其星箭分离机构在卫星发射过程中所吸收的外热流;通过有限元分析求解了卫星发射过程中的温度场和热变形情况。基于上述工作,设计了皮卫星与导轨间的配合间隙。分析结果显示:受冷黑环境和传导热流影响,卫星与导轨背阴面变形较大,但皮卫星外壳和导轨面总体并未发生大的扭曲形变;在600N和300N预紧力作用下,皮卫星与导轨面间的配合间隙最大变化量分别为62.3μm和63μm。根据分析结果合理选择了配合公差。得到的结果表明:皮卫星及其星箭分离机构在高低温试验后能正常分离,在轨星箭分离姿态与仿真结果吻合,实验结果验证了卫星与导轨间配合间隙设计的合理性,可用于指导皮卫星星箭分离机构的结构设计和热控制设计。     

基于CMAC和PID复合控制器的精密注塑机保压压力控制

针对传统PID算法对注塑成形过程中保压压力进行控制时存在压力超调、静差和时延等问题,建立了注塑过程保压压力的系统数学模型,针对系统特性设计了新型CMAC和PID复合控制器。实验结果表明,相对于传统PID控制,CMAC和PID复合控制对保压压力的超调、静差和时延有显著的改善,制品质量和重复精度得到明显提高。     

应用于直线电机驱动冲压机的力传感器设计

控制直线电机的各种参数,获得最大的瞬态冲击力是对直线电机驱动冲压机进行优化设计及控制的目标之一,由于直线电机驱动冲压机对测力装置尺寸和结构上的有特殊要求,设计了一个专用力传感器,可用于测量直线电机驱动冲压机的瞬态冲击力的大小,结果表明设计的力传感器具有良好的性能。     

基于内模控制的永磁直线同步电动机速度控制

基于内模控制原理,在建立永磁直线同步电动机(PMLSM)非参数模型基础上,设计了PMLSM内模控制器.通过理论分析和仿真确定了决定内模控制器性能的参数取值范围,并进行了实验验证.结果表明,PMLSM内模控制系统跟踪调节性能好、鲁棒性强,能消除不可测干扰的影响.     

基于应力集中的压阻式微悬臂梁设计

为了提高应力检测的灵敏度,提出了一种基于应力集中的新型压阻式微悬臂粱设计方法.首先,通过在硅基悬臂梁上加工出一些条缝结构作为应力集中区域,利用应力集中效应来提高应力检测的灵敏度,并在梁上沿硅的(100)面<110>晶向布置4个压阻元件组成惠斯通电桥来进行应力检测.其次,用有限元法分析了不同参数的孔缝结构对应力分布的影响.结果表明,与传统的无应力集中区域的微悬臂梁结构相比,可以有效提高应力检测的灵敏度.当参数优化后的微悬臂梁尺寸为500μm×180μn×10μm,缝结构尺寸为50μm×20μm时,应力检测的灵敏度可以提高2.68倍.     

离心力场下电动振动台及动圈纠偏系统动特性的研究

高线加速度下热与夺动复合环境试验通常以离心机为主体，在机臂上安装温度箱、振动台实现复合环境，由于离心力和作用，振动台动圈无法产生振动，导致支圈烧坏，针对这个问题，笔者首先利用刚体动力学方法，对离心力场作用下振动台进行建摸，分析动圈产生偏离的原因和离心力场对振动台固有特性的影响，提出气囊位移反馈动圈纠偏系统的设计方案，并对气囊动态特性进行分析，最后对振动台模型进行修正，分析表明，当固定气囊一个气室的气压，气囊的刚度随离心机转速的升高而增大，系统幅频特性曲线右移。     

微热压成型脱模缺陷分析及其脱模装置

为了提高热压成型品质,对手动脱模及自动脱模所产生的缺陷进行了分析。采用有限元模拟了高深宽比微结构的脱模过程。模拟结果显示在自动脱模时应力集中主要出现在微结构底部,而最大脱模应力出现在脱模的起始阶段,这时的脱模缺陷主要以颈缩和根部断裂为主。而手动脱模引入的微小脱模方向偏差会造成巨大的应力集中,该应力集中在脱模阶段后期达到最大。5°的脱模方向偏差造成的应力集中可达190 MPa,这时的脱模缺陷主要表现为微结构倾倒及其根部断裂。因而对于高深宽比微结构的热压印成型,必须要采用自动脱模装置。为了克服常规自动脱模装置导致聚合物翘曲变形问题,设计了新型的气动脱模机构并集成到自行设计的热压印装备中。随后的压印试验中采用该气动脱模装置成功制得深宽比约为3.3的微结构,证实了该脱模装置的有效性。