基于子模型技术的LISA中肘杆机构拓扑优化

激光干涉空间天线LISA(laser interferometer space antenna)作为空间引力波探测任务装备,其结构的轻量化设计是重要问题之一。基于子模型分析技术,采用固体各向同性材料惩罚(SIMP)模型插值变密度法,对LISA中肘杆机构的上下肘杆进行了拓扑优化设计;将肘杆的应力作为约束条件,并以肘杆结构的柔度最小化和质量最小化为优化目标,构建肘杆拓扑优化的数学模型,得到了肘杆构件的最优拓扑结构。优化后的上下肘杆质量分别降低了41.89%和32.31%,且优化后的肘杆机构应力和位移均满足设计要求,为进一步设计和实验研究提供参考。

基于ADAMS-EDEM耦合仿真的月壤挖掘阻力分析

围绕月球资源开发的需求,提出一种五杆月壤挖洞机构。运用封闭矢量环法进行运动学分析,得出该机构末端点位移方程。根据Bekker半经验公式和朗肯被动土压力理论分别对挖掘铲的铲尖及铲面进行受力分析,得出挖掘铲进行月壤挖洞时所受合力方程。运用ADAMS-EDEM耦合仿真验证上述力学模型,证明该模型对机构挖洞时的阻力具有预测作用。

外螺旋式月球极区采冰与冰屑运移仿真研究

针对月冰钻采多点位重复采集问题,提出一种基于深槽螺旋钻具通过外螺旋方式采冰方案。研究冰屑颗粒在钻采过程中的输送特性,建立冰屑颗粒受力、速度数学模型并推导出临界转速表达式,基于EDEM仿真研究不同螺旋转速对冰屑运移特性的影响。研究结果表明:螺旋转速为600r/min时,冰屑颗粒平均轴向速度较之前提升25%;冰屑颗粒平均轴向速度仿真值与理论值相对误差在12%以内。以上研究成果可为月球极区采冰装置的设计提供借鉴。

测试质量锁紧机构的力封闭分析及夹持力优化

测试质量锁紧机构是引力波探测器的重要部件之一,但是基于力封闭理论分析锁紧机构鲜有报道,本文从力封闭的角度对锁紧机构进行分析,为锁紧机构的设计及后续的研究提供理论支持和参考。根据力螺旋理论,建立了顶杆与测试质量的抓持矩阵,采用力封闭原理分析稳定夹持时接触力与测试质量所受外力的关系;通过对夹持质量指标的分析,得到最优的接触点位置,验证锁紧机构的可靠性;将夹持力优化问题转化为求解非线性规划问题,采用MATLAB软件中的fmincon函数对接触力进行优化,得到最优的夹持力,并通过ANSYS Workbench软件进行有限元分析,得到测试质量最大变形量为0.4μm,满足设计要求。

天线反射面的空间热变形型面精度分析

以某抛物柱面天线为对象,对其在空间热环境下的型面精度误差与热变形进行仿真计算分析。首先采用公差分析法对影响天线型面精度的误差源进行了分析,分析了天线设计装配和在轨运行的各个环节,找出了影响天线型面误差的因素;然后根据天线精度要求,利用方和根法对各因素公差进行指标分配,给出了最佳拟合抛物面和型面精度误差RMS的计算方法。通过有限元分析软件预测了天线在典型工况下的热变形情况,最终仿真结果显示了天线在轨运行的形变大小和随温度变形趋势,根据仿真结果计算天线型面精度,验证其符合精度要求。

基于ANSYS-Fluent活塞式石蜡驱动器内径改进

为了使石蜡驱动器在有限体积下具有更好的力输出特性,基于ANSYS-Fluent模块,对某活塞式石蜡驱动器的内径进行改进设计。利用正交试验法模拟四种不同内径的活塞式石蜡驱动器在受热过程中石蜡的相变过程,得到石蜡完全熔化后腔体内部压力及驱动器的输出力特性,并与初始内径石蜡驱动器的输出力进行对比。结果表明:石蜡驱动器内径为18mm时,石蜡驱动器的力输出效果最好,进而为后续石蜡驱动器的结构改进提供参考。

曲柄滑块机构运动可靠性的仿真

机构运动可靠性理论分析是一个非常复杂的过程。利用机械系统动力学分析软件———ADAMS作为机构运动可靠性分析平台,进行机构的变参数设计,从而建立机构运动可靠性的仿真模型进行仿真分析,并应用蒙特卡洛法进行计算。在整个求解过程中,不需根据机构的运动关系建立、求解复杂的解析数学方程,是机构运动可靠性分析计算的一种行之有效的方法。以曲柄滑块机构为例,研究考虑几何尺寸误差和运动副间隙误差对机构运动可靠性的综合影响。与传统方法相比较,使用该方法所得结果更加精确,而且适用于复杂机构,便于工程实际应用。

玉米精密排种器工作过程的离散元仿真分析

研究玉米排种器设计优化控制问题,传统的方法排种速度慢。为研究优化排种器的工作性能,采用MFC编程技术,构建排种器的离散元模型。采用组合圆弧的方法构建不同品种玉米种子的离散元模型,通过AutoCAD二次开发,在玉米种子之间以及玉米种子与排种器之间施加合理的力学模型,进行玉米精密排种器工作过程的离散元仿真分析。仿真结果可知,随着排种轮角速度ω的增加,清种起始角与结束角都增加,随着勺柄轴线倾角α的增加,清种起始角与结束角都减小。

应用C语言编写ADAMS用户自定义函数的研究

应用C语言编制用户自定义函数或子程序的问题,是应用ADAMS进行二次开发的焦点。利用ADAMS提供的模板编写C语言函数,在VC++6.0环境下编译生成目标文件,利用动态连接库技术实现其与ADAMS/View的链接,生成ADAMS用户自定义函数,可以满足用户特殊要求。通过编制产生服从正态分布的伪随机数的用户自定义函数的实例,详细介绍了上述技术的实现过程。

铲式成穴器工作过程的离散元仿真分析

铲式成穴器是播种机工作过程中用来生成穴孔的成穴装置,为研究铲式成穴器的成穴性能,采用离散元法研究成穴器的工作过程。分别建立成穴器与土壤颗粒的二维离散元仿真分析模型,通过对土壤颗粒与成穴器之间施加合理的力学模型,进行铲式成穴器工作过程的离散元仿真分析。结果表明:随着打穴深度的增加,水平工作阻力的波动较大,而垂直工作阻力变化较小;通过对土壤颗粒动态速度场的分析描述,验证了铲式成穴器理论分析的正确性,证明了采用离散元分析成穴器工作过程的可行性。

掘进机截齿截割煤岩的离散元仿真方法

为了研究截齿截割煤岩的动态破坏过程,提出采用离散元法进行截齿截割煤岩的仿真分析.根据截割头结构建立了相应的离散元模型,采用二维圆盘颗粒建立了煤岩的离散元模型,通过接触和连接力学模型计算截割过程中的作用力.在此基础上,通过VC++6.0编写了离散元仿真计算程序,借助MFC建立友好的人机交互界面,实现了截齿截割煤岩工作过程的离散元仿真.通过对截割角为45°条件下的截齿截割煤岩进行仿真,结果初步证明了采用离散元法的可行性,为截齿截割过程分析和截齿的优化设计提供了一种新的研究手段.

铲式成穴器成穴性能的离散元法仿真

针对铲式成穴器对土壤的动态破坏过程,提出采用离散元法研究成穴器的成穴性能.建立了成穴器与土壤的二维离散元仿真分析模型,通过施加合理的力学模型进行成穴器工作过程的离散元仿真分析.由仿真结果可知:随着工作速度的加快,土壤的扰动明显加剧,回流覆盖效果变差;随着土壤含水率的增加,土壤的团聚现象明显,土壤流动性变差.将仿真计算结果与理论分析结果对比,两者的变化趋势基本一致,由此初步说明了采用离散元法分析铲式成穴器成穴性能的可行性.

直热后置式石蜡驱动器的位移输出特性研究

为研究直热后置式石蜡驱动器的位移输出特性,以石蜡的热力学特性为理论基础,建立了以正二十烷烃为相变驱动材料的直热后置式石蜡驱动器位移输出理论模型。制作直热后置式石蜡驱动器样机,搭建专用试验台,在不同温度负载和石蜡量下对样机的位移输出特性进行了试验。试验结果表明:在一定范围内,石蜡驱动器的输出位移随石蜡受热温度的升高和石蜡填充量的增大而增大,随负载的增大而减小;理论计算与试验的结果吻合良好。

捕获定位与释放机构的性能测试

对空间惯性传感器的捕获定位与释放机构进行了性能测试。结果表明:在输入电压从0升到150 V,然后降至0的过程中,压电叠堆驱动器的极限位移为21.03μm;在释放顶针与测试质量块的间距(即预留间隙)为0.02 mm、输入电压为97 V时,预载力达0.30 N;当预留间隙为0.03 mm时,需在125 V的输入电压下预载力才能达到0.30 N;在预载力为0.30 N的条件下,预留间隙不宜大于0.03 mm;俯仰角度和偏航角度能共同影响预载力,且前者的影响大于后者;在测试范围内,受释放顶针偏转程度影响的预载力最大偏差约达到了43%;压电叠堆驱动器蠕变特性对捕获定位与释放机构性能的影响不明显。

基于EDEM的月球极区采冰钻具参数的研究

针对月球极区冰采样过程钻具运动参数对钻具受力及对冰采样量的影响问题,开展了离散元仿真分析;利用SolidWorks三维建模软件设计了一款钻具,在离散元仿真软件EDEM中建立了冰的离散元模型;并将设计完成的钻具导入离散元仿真软件中,进行离散元仿真分析;选取钻具的转速作为钻具的运动参数,进行对比分析。其仿真结果表明,随着钻具转速增大,冰的采样量逐渐增大;钻具所受的力矩逐渐减小。

基于Matlab机器人工具箱的摆动从动件盘形凸轮设计方法

对欧空局计划的LISA-Pathfinder探测器中所需一次性运动凸轮的设计方法进行研究。针对盘形凸轮外部轮廓曲线设计中复杂函数的求解问题,提出一种基于Matlab机器人工具箱的摆动从动件盘形凸轮设计方法。该方法设计过程简便,对作复杂函数运动的凸轮来说设计精度高。设计了符合使用要求的凸轮和专用的实验装置,并通过实验验证了所设计凸轮的运动规律。

采煤机摇臂输出轴轴承疲劳寿命计算

以采煤机摇臂输出轴轴承为研究对象,对轴承进行受力分析并计算出轴承所承受的载荷。使用Hertz接触理论公式,计算出最大接触应力,利用ABAQUS有限元软件对轴承进行仿真得到最大应力,结合接触疲劳寿命计算,求得轴承的疲劳寿命值为2.6 a,为轴承的维护和检修提供了参考依据。

一种机构运动可靠性的研究方法

利用机械系统动力学分析软件AD-AMS作为机构运动可靠性分析平台,进行机构的变参数设计,从而建立机构运动可靠性的仿真模型进行仿真分析,并应用蒙特卡洛法进行计算,在整个求解过程中,不需根据机构运动建立、求解复杂的解析数学方程,是机构运动可靠性分析计算的一种行之有效的方法。以曲柄滑块机构为例,研究考虑几何尺寸误差和运动副间隙误差对机构运动可靠性的综合影响。与传统方法相比较,使用该方法所得结果更加精确,而且适用于复杂机构,便于工程实际应用。

典型机构运动可靠性的仿真研究

机构的运动可靠性理论分析是一个非常复杂的过程,目前均以简化的计算方法进行计算,这势必会给计算结果带来无法预计的误差.为避免这种误差的出现,应用机械系统动力学分析软件ADAMS作为机构运动可靠性分析的平台并进行二次开发,最终形成常用机构运动可靠性的仿真分析模块.以曲柄滑块机构为例,使用CAD软件建模之后导入ADAMS,再利用ADAMS进行机构的变参数设计,从而建立机构的仿真模型,使用此分析模块进行仿真分析,并应用蒙特卡洛法进行计算.通过与传统方法相比较,此仿真研究方法是可行的.

关于文本文件在ADAMS中的应用研究

给出了在动力学仿真软件ADAMS的应用中 ,使用文本文件编写命令文件、创建位置表文件和输出保存仿真结果的一些实例和经验总结 ,对ADAMS用户有一定参考价值 。