AGV车型分层结构桁架设计与多参数联合优化方法研究

为了实现AGV车架结构的强度优化和轻量化目标,以一款自主设计的AGV为研究对象,设计了一类分层桁架式的新型车架结构,并实现了基于响应面模型与优化算法组合的参数优化。在静力学分析的基础上,基于拉丁超立方试验设计构建了响应面模型,以车架方形钢截面尺寸参数为设计变量、以车架最大等效应力为约束条件、以车架总质量为目标函数,采用遗传算法对车架结构进行尺寸优化,获得了设计空间内的近似最优解。结果表明:优化后的车架最大等效应力为154.87 MPa,最大变形为0.83 mm,满足强度和刚度要求;车架总体质量与原车架总体质量相比减少32.1%,验证了方法的可行性。该方法为车架结构的设计与制造提供了理论依据和借鉴。

结构优化中的海森矩阵的近似迭代方法

为了避免在结构优化中近似计算目标函数和约束函数的二阶泰勒展开式时计算海森矩阵,提出了只计算函数的一阶导数项计算海森矩阵逆的方法(DFP方法),这种方法省去了计算函数的二阶导数矩阵和求矩阵的逆的过程。通过对悬臂板结构的优化计算表明,该方法对结构优化问题是有效的。

钢拱架封口机构抓取模块传动性能分析及优化设计

目前隧道掘进机(TBM)施工过程的钢拱架安装均采用人工操作的形式完成,作业环境非常恶劣,导致钢拱架支护效率低、劳动强度大、施工风险高。为此,笔者及其所在团队前期设计了一种钢拱架快速封口安装机构,用于代替人工完成钢拱架的封口作业。抓取模块作为该封口安装机构中直接与钢拱架接触的核心部件,需要具有足够的传动性能,以满足夹持作业需求。为此,文中基于螺旋理论,建立了其运动学模型,推导了输入旋量和输出旋量之间的虚拟系数,研究得到了抓取模块的传动性能,并提出了相应的传动指标;在此基础上,建立了抓取模块的尺寸参数优化模型,结合钢拱架封口件的实际抓取需求,得到抓取模块各尺寸参数的优化结果如下:卡爪与连杆的初始夹角α=88°、导杆的初始位置l_(FJ)=170 mm,导杆运动范围0~63 mm。利用ADAMS软件对抓取模块从夹持到张开的姿势变化过程进行分析,得到以下结论:卡爪末端间的距离从50.0mm逐渐增加至234.6mm,满足抓取空间需求;输出扭矩呈先增大后减小的趋势,卡爪完全张开时扭矩最小值为21.23N·m,满足输出扭矩需求。钢拱架封口成环的样机实验表明:抓取模块尺寸参数的测量值与计算模型仅相差4.5mm,说明模型是正确的;钢拱架的整个封口安装时间为8.6min,与传统人工作业相比,钢拱架封口机构的作业效率提高了20%~70%。

基于PSO算法的共形集成天线综合性能优化

共形安装于特定平台、具有初步构型方案的复杂结构特型天线,其辐射全向性、定向增益、雷达波散射截面积等特性均需要满足特定的设计指标。同时,复杂天线的外形结构具有多个尺寸参数,均为详细设计的量化对象。为得到相对最优的天线详细设计方案,可针对天线的多个结构参数,将全波精确电磁计算方法和优化算法相结合,进行迭代。论文针对典型案例,通过粒子群(PSO)优化算法驱动矩量法(MoM),对特型天线的概念结构方案进行迭代优化,形成综合性能指标相对最优的设计方案。

一种三自由度冗余驱动混联机器人的优化设计与仿真分析

对机器人进行相应的优化设计可以使机器人具有更好的结构性能与工作性能。以一种三自由度冗余驱动混联机器人为研究对象,对该机器人尺寸参数无量纲化并分析该机器人可达的工作空间,进而在混联机器人工作空间中找出最优杆件尺寸和位置参数,绘出该混联机器人在其工作空间中的性能图谱。采用Solidworks软件建立优化后的三自由度冗余驱动混联机器人的三维模型,并导入到ADAMS中对其进行动态仿真分析,其分析结果与性能图谱中各性能指标分布规律相一致,验证了机构各项性能指标分析的准确性以及优化方法的合理性,其仿真结果为类似机器人机构的优化提供参考。

空间遥感器反射镜组件结构设计方法

针对空间遥感器反射镜组件的结构复杂性和高性能需求,对空间遥感器反射镜组件的设计方法进行了研究。提出了一种经验设计、拓扑优化与尺寸参数优化相结合的设计方法,该方法可使设计结果快速收敛,获得最优化的设计结构。采用该方法完成了某空间遥感器反射镜组件的结构设计,通过有限元分析的手段得到了表征反射镜成像质量的RMS值,同时对整个反射镜组件进行了动力学分析计算,最后利用环境试验对有限元分析结果的正确性和设计的合理性进行了验证。结果表明:在重力载荷、温度载荷、镜面加工残差和装配误差的综合影响下,反射镜组件面形误差RMS值满足使用要求;整个结构有一个好的动态刚度和合理的模态分布,反射镜组件动态性能优良,满足使用要求。针对反射镜组件的设计,该设计方法是一种有效的、可靠的设计方法。

空间遥感器Ф2m量级大口径SiC反射镜镜坯结构设计

空间遥感器的大口径反射镜的设计目标是高比刚度。为限制发射成本,尽可能降低镜体质量;为保证反射镜的功能需求,尽可能提高镜体自身的刚度,随着反射镜口径的增大,反射镜的轻量化设计更加重要。针对某Φ2 m口径天基大口径反射镜镜体的轻量化设计,采用了传统经验设计、拓扑优化设计和尺寸参数优化设计相结合的综合优化设计方法,相对大口径反射镜镜体的传统轻量化设计方法,这种综合优化设计方法可使设计结果快速收敛,获得最优化的设计结构。采用综合优化设计方法完成镜体的优化设计后,Φ2 m口径天基大口径反射镜镜体的质量为326 kg,镜体轻量化率高达82.5%,单镜在光轴竖直状态,在1 g重力载荷作用下,取决于镜体刚度的评价镜体成像质量的镜面面形精度RMS值的变化量优于4.9 nm,单镜在光轴水平状态,在1 g重力载荷作用下,镜面面形精度RMS值的变化量优于4.3 nm。结果表明,镜体质量优于设计要求的340 kg;镜面面形精度RMS值变化量优于设计要求的5 nm,满足了镜体要求的高比刚度要求。

Tuning sol size to optimize organosilica membranes for gas separation

A series of organosilica sols are prepared by the polymeric sol–gel method using 1,2-bis(triethoxysilyl)ethane(BTESE)as the precursor.Particle size distributions of the BTESE-derived sols are systematically investigated by carefully adjusting the synthesis parameters(i.e.,water ratios,acid ratios and solvent ratios)in the sol process.In certain conditions,increasing the water ratio or the acid ratio tends to cause larger sol sizes and bimodal particle size distributions.However,higher solvent ratios lead to smaller sol sizes and unimodal particle size distributions.The organosilica membranes prepared from the optimized sols show excellent H_2 permeances(up to 4.2×10^(-7)mol·m^(-2)·s^(-1)·Pa^(-1))and gas permselectitivies(H_2/CO_2 is 9.5,H_2/N_2 is 50 and H_2/CH_4 is 68).This study offers significant insights into the relationship between the sol synthesis parameters,sol sizes and membrane performance.