重分析方法研究进展及展望

重分析方法作为一种能够根据初始计算结果快速估计修改后结构的快速计算方法,近几十年来得到了广泛研究,并取得了一系列具有理论价值和工程意义的成果,在机械、土木等结构设计领域得到了广泛的应用。随着复杂产品设计对数值计算性能要求的不断提升,重分析方法必将在各个学科领域起到重要的作用。为此,该文从静态和动态的角度出发,分别对重分析理论的两类主要方法:直接法和近似法展开了深入地讨论,通过对目前主要重分析方法的发展现状和主要成果的分析和研究,对未来重分析方法的发展方向提出了几点建议。     

等效静态载荷法对高速轻载机构的影响因素研究

等效静态载荷法(Equivalent Static Loads Method,ESLM)是一种能够解决大多数非线性动力学系统动态响应优化问题的有效方法。针对ESLM应用在高速轻载机构优化上的不足,以焊头摆杆机构拓扑优化为例,研究ESLM内循环迭代次数和体积分数约束这两个因素对优化结果的影响情况。测试结果表明:ESLM内循环迭代次数和体积分数约束是影响高速轻载机构优化的两个重要因素。为提高优化结果,使高速轻载机构获得更好的动力学性能,应该限制ESLM的内循环迭代次数,并通过试验对比来确定最优的体积分数约束。     

基于GPU平台的大规模汽车结构重分析

针对大规模结构重分析计算中,随着待分析结构规模的扩大,重分析计算效率大幅度下降的问题,采用CUDA并行编程模型并结合组合近似法,建立了基于GPU平台的重分析并行系统。分别对刚度矩阵组装、预处理共轭梯度法等重分析关键计算流程进行了GPU并行实现。通过对车架和车门的刚度分析对该系统的性能进行了测试。测试结果表明,所提出的重分析方法能够在确保重分析计算精度的同时,大幅度提升计算效率。     

基于浮动坐标法的刚柔耦合定位平台力学模型

精密定位平台由于机械摩擦造成精度受限,难以满足大行程、高精度定位的运动要求。本文结合宏微复合结构,提出了一种单驱动刚柔耦合定位平台。相对于现有的宏微复合平台,大幅简化了机械结构和运动控制系统的设计。基于浮动坐标法和有限元法建立了单驱动刚柔耦合定位平台的静力学和动力学模型,并与商业软件ABAQUS及简化解析模型的分析结果进行对比,最大相对误差分别为1.6%和3.72%,证明了该理论模型具有较高的预测精度,可为刚柔耦合平台的优化设计及精密运动控制提供参考。     

刍议现浇钢筋混凝土板裂缝的成因及防治措施

钢筋混凝土现浇楼板裂缝是住宅建筑工程中常见的质量通病，在施工过程中我们应当针对各种影响因素考虑全面、细致，严格遵守现行的标准，才能大大减少现浇钢筋混凝土结构产生裂缝的可能。本文对钢筋混凝土现浇板裂缝产生原因及种类进行了分析，并提出了钢筋混凝土现浇板裂缝的防治措施及处理方法。     

面向机器人优化设计的GA-非均匀Kriging-梯度投影混合全局优化算法

针对机器人优化设计等工程应用中普遍存在的黑箱问题,提出了一种高效、稳定的遗传算法-非均匀Kriging-梯度投影混合全局优化(Hybrid global optimization, HGO)算法。该方法使用非均匀Kriging模型对目标函数进行评估,能够在不苛求近似模型全局精度的情况下保证优化过程的精度,并节省大量计算时间。使用梯度投影法对遗传算法种群进行变异,可以在提升优化收敛效率的同时确保优化约束条件,从而可以避免使用并不严格的罚函数法处理约束函数。为验证算法的有效性和优越性,将本算法应用于两个数学测试算例和一个模块化机械臂截面优化实例中,并与其他优化算法比较。结果表明,本算法能够兼顾结果精度、优化效率和算法稳定性,发挥更好的综合性能,从而实现对工程问题的全局优化设计。     

修正组合近似法及其在车架刚度重分析中的应用

重分析是指在结构修改之后不需要重新求解平衡方程,仅需要根据初始计算结果对修改后的问题进行求解,并能够在保证计算精度的前提下,大幅度提高计算速度。针对重分析法在有限元计算中可能出现的奇异性问题,通过奇异值分解法(Singular value decomposition,SVD)对重分析法中的组合近似法(Combined approximation,CA)进行修正。修正后的重分析算法,能够解决刚度矩阵奇异的问题,并能够保持CA法的重分析精度。为验证算法的有效性,采用修正后的重分析方法对圆柱壳和车架刚度分析进行仿真测试。测试结果表明,修正后的重分析方法在解决奇异性问题的同时,能够保证重分析的计算效率和计算精度。由两个数值算例的结果对比可知,当刚度矩阵奇异性比较高时,常用的以矩阵的伪逆代替逆的方法不可行。由此可知,修正后的重分析算法在解决奇异性问题时具有相当的优越性。     

刚柔耦合关节SCARA机器人的双柔性动力学模型北大核心

针对电子装配机器人高速高精要求,提出一种能够利用柔性铰链变形补偿轴承摩擦死区,实现高精度定位运动的刚柔耦合关节SCARA机器人的概念设计,并建立考虑柔性铰链变形与机械臂一阶弹性变形的双柔性动力学模型。首先,设计一种刚柔耦合轴承的结构,通过轴承中柔性铰链的变形量主动补偿摩擦死区引起的定位误差;在每个关节处引入两个扭转弹簧,分别模拟柔性铰链和机械臂的弹性变形;其次,建立关节的摩擦模型以模拟关节摩擦环境;然后,使用拉格朗日动力学方法建立包含摩擦信息与振动信息的动力学模型。设计开环和闭环的数值仿真进行验证,结果表明该模型理论分析的有效性。     

基于缩减基法的刚柔耦合运动平台快速优化

传统有限元分析方法计算量大，难以保证优化效率。本次研究将缩减基法用于刚柔耦合运动平台的快速优化，介绍了缩减基法的基本理论以及刚柔耦合直线平台的仿真模型，然后对缩减基法计算的位移结果进行误差分析，最大的相对误差为1.8×10^-3,说明此方法不仅效率高，还有良好的计算精度。最后引入遗传算法优化平台的结构参数，并使用ABAQUS验证优化结果。结果表明优化后平台的倾翻角度减少了17.2%,证明缩减基与遗传算法的结合不仅避免了出现局部最优解的情况，还能够达到快速优化的目的，大大缩短了设计周期。