八索并联机器人空间自由位移精准控制研究

为了使八揉索牵引式并联机器人在空间内实现自由位移,达到其从起始位置运动至终止位置过程中的精准控制目的,建立了八索机器人空间运动模型,选取该机器人模型中八揉索伸缩量为研究对象,分别计算其经一段时间由一个坐标发生空间位移后到达另一个坐标过程中八揉索的伸缩速度,通过该伸缩速度控制八个电机转轮的正反转转速,得到了八索机器人在空间内直线位移的精准控制数学模型,达到了利用变换坐标进行路径规划的方式控制机器人实现点到点的空间运动的目的。采用迭代拟合的计算方法得到了该机器人按给定曲线轨迹运动时各揉索驱动电机的转速与时间的关系,通过反馈控制,实现八索机器人在空间内沿直线、曲线运动的精准控制,达到了空间自由位移的目的。

基于PSD的六自由度位移测量解耦方法研究

基于位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)的六自由度(6 Degree of Freedom,6DOF)位移测量对紧凑空间内精密位移台初始位置和姿态的精密测量具有重要作用。精密位移台位移与PSD上光斑位移之间非线性关系的解耦是实现精密位移台亚微米及微弧度位移测量精度的关键。根据PSD与6DOF精密位移台上角锥棱镜之间的位置关系,构建了6DOF位移测量方案,建立了6DOF位移台位移与PSD上光斑位移之间的精确对应关系模型,采用数值计算法对该模型进行解耦求解,并与小角度近似法进行了对比分析。结果表明,当6DOF位移台单自由度位移范围为±10 mm和±10 mrad时,数值计算法引入的解算误差最大值为10^(-17)mm和10^(-15)~10^(-16)mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差最大值为5.39μm和35.5μrad;在此基础上,采用蒙特卡洛法以随机均匀分布方式产生10000组六自由度位移进行分析,表明数值计算法引入的解算误差平均值为10^(-17)mm和10^(-17)mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差平均值为10^(-3)~10^(-6)mm和10^(-5)mrad量级,其中z方向解算误差达到4.4μm,R_(x)和R_(y)方向解算误差达到28μrad,故小角度近似法无法满足上述位移测量精度要求。所提出的基于数值计算法的解耦方法对实现6DOF位移台的高精度位移测量具有重要意义。

自由场位移修正值R在地下结构抗震设计中的应用

地下结构抗震设计中,土和结构之间的相对位移普遍采用反应位移法和非线性动力时程分析法。但是反应位移法参数过多、求解过程繁琐,非线性动力时程分析法耗时较长,不利于设计工作者快速得到可靠设计参数。本文基于地铁结构抗震设计的案例,在传统设计方法之外,研究了一种简便计算方法,即通过自由场位移修正值R快速准确地计算出土和结构之间的相对位移,并将该方法与传统方法进行了对比,发现计算结果较接近,为地下结构的抗震设计提供了参考。

多自由度位移机构的设计

介绍了一套用于辅助计量测试的多自由度位移机构设计实例,讨论了各自由度的特点及不同实施方案。

子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究

现代结构试验通常抽取结构的一部分进行子结构拟静力或拟动力试验,同时对子结构边界进行近似处理,简化加载方案,以期在现有试验条件下满足大比例尺试验的需求。然而,这种方法应用于复杂构件时会带来较大的误差,特别是各向刚度差异很大的构件,由于各自由度之间的耦合效应,以及传统试验装置控制模式和精度的限制,难以实现轴向、剪切、弯曲以及扭转自由度之间的同步协调加载,加载误差严重影响了结构抗震性能评估试验的准确性。针对子结构试验中耦合多自由度同步协调加载问题,利用力-位移混合双闭环控制策略实现多自由度之间的解耦,采用鲁棒性PID控制方法,以减少多自由度同步协调加载过程中试件的材料非线性和加载装置的几何非线性带来的误差,提高子结构试验的精度。通过以某构件的子结构拟动力试验为例验证了所提出的力-位移混合控制方法的可行性和正确性。

改进声辐射模态模型求解具有位移自由度板声功率灵敏度

利用改进的声辐射模态模型处理声辐射,利用有限元振动模型处理结构振动,提出一种新的研究具有位移自由度板的声辐射灵敏度求解方法。以四边简支的具有位移自由度板作为数值算例,结果表明该方法是可行的。

基于平均驱动自由度位移法的某车型排气系统吊钩位置设计

采用CATIA软件建立某车型排气系统的三维模型,并运用有限元分析软件Hypermesh建立了有限元仿真模型,分析了模型的自由模态和约束模态。通过与试验模态的对比,验证了仿真模型的正确性。为了减少排气系统通过吊钩传递到车身的振动,在自由模态的基础上,采用平均驱动自由度位移原理设计了排气系统的吊钩位置方案。然后,以支反力和静态位移为优化目标确定了最优方案,通过优化前后吊钩力学响应分析对比验证了优化的有效性。

转换位移自由度法求解滑动接触问题

有限元分析中,一般都是以节点沿坐标轴方向的位移组成位移自由度空间,以单个节点上沿坐标轴方向的位移和等效节点荷载作为边界条件。而接触问题的位移边界条件,一般都采用多个节点位移线性组合的形式,其相应的荷载边界条件则为接触面上的法向接触力和切向摩擦力。本文从广义自由度的概念出发,通过对总刚矩阵进行处理,直接用接触点的位移自由度的组合表征相关节点沿法向和切向的位移自由度,其荷载边界条件亦相应转化为切向和法向荷载,从而可以方便地输入接触边界条件,完成接触分析。采用本文提到的方法,不必增加位移自由度,并可以保证总刚矩阵的对称性和各接触条件的独立性。试验证明,本方法是正确有效的。

基于平均驱动自由度位移方法的车身悬置优化设计

采用平均驱动自由度位移方法,对车身悬置的位置和数量进行优化设计,并针对优化设计前后车身悬置布置方案,分别对比分析了路面激励和发动机激励条件下的方向盘、座椅导轨和地板位置频率响应.结果表明:采用此优化设计方法进行车身悬置优化设计后,在路面激励和发动机激励条件下,车内振动响应均有不同程度的降低.

隧道穿越引起地下管线竖向位移的能量变分分析方法

隧道穿越引起的地层位移可能造成地下管线变形过大或断裂等事故,引起工程界的高度关注。基于假定的地下管线竖向位移分布模式,通过能量方法建立变分控制方程,提出了求解隧道穿越地下管线竖向位移的能量变分解法,运用叠加原理将单线隧道解答延拓至双线隧道中。与离心机试验和工程实例的对比,验证了方法的正确性。通过参数计算,分析了管材弹性模量、管线埋深、地层损失率等相关因素对地下管线竖向位移的影响规律,研究结论具有工程参考价值。

土体竖向位移对被动单桩影响的简化分析方法

采用两阶段分析法研究地铁隧道开挖引起土体的竖向位移对单桩的影响。第一阶段应用Loganathan和Polous提出的修正解析解估算土体的竖向位移,为简化计算采用五次多项式拟合土体的自由位移;第二阶段基于文克尔地基模式,将土体位移施加于桩上,首先建立被动土体位移作用下单桩竖向位移控制方程,然后分别采用常数变易法和有限差分法求得均质地基和非均质地基由于隧道开挖引起单桩的竖向位移、轴力和桩周摩阻力的理论解。

均质地基土体竖向位移对被动单桩的受力特性分析

采用两阶段法得到地铁隧道开挖引起群桩的竖向位移和内力的解析解,第一阶段采用Loganathan和Polous提出的解析解估算土体的自由位移场,为使计算方便,采用多项式进行拟合;第二阶段依据文克尔地基模式,将自由土体位移施加于桩,首先建立被动土体位移作用下单桩竖向位移控制方程,利用常数变易法得到均质地基由于隧道开挖对单桩的竖向位移和内力的理论解析解;最后具体研究主要参数如:等效地层损失比、泊松比、桩基轴线离隧道轴线的水平距离、隧道的埋深、桩长、桩径、桩的轴向刚度因素变化对单桩的竖向受力特性的影响规律。

基于有限元的汽车排气系统吊钩位移响应分析

汽车排气系统吊钩的位移响应影响汽车的NVH特性,为了研究吊钩的位移情况,采用Hypermesh和MSC.Nastran进行有限元网格构建并进行计算求解。基于模态的吊钩位移分析很好的体现了不同频率下的响应,通过平均驱动自由度位移(ADDOFD)方法能够对排气系统的吊钩位置进行优化。计算仿真结果有效的辅助了排气系统的设计,并缩短了整车的开发周期,所做的模态分析对试验阶段的耐久也具有重要的指导意义。

环形电极压电驱动器极化电压和力学性能分析

提出一种新型环形电极压电驱动器,运用ABAQUS软件对此驱动器进行电场和力学分析。着重研究环形电极分支中心距和电极宽度对极化电压和驱动性能的影响,并与普通形电极压电驱动器的极化电压和驱动性能对比。结果表明,环形电极压电驱动器的极化电压为普通形电极的1/2,环形电极结构降低压电驱动器对极化电压的要求;减小电极分支中心距、增大电极宽度,有利于降低环形电极压电驱动器的极化电压;当工作电压为90V时,环形电极压电驱动器的径向夹持力达到普通形电极的5.2倍,径向自由位移达到普通形电极的2.6倍。

汽车排气系统振动模态分析及悬挂点优化

为减小汽车排气系统吊耳悬挂点位置对整车NVH性能的影响,采用HYPERMESH和MSC.NASTRAN软件对某汽车排气系统的振动进行了有限元建模和模态分析,并利用平均驱动自由度位移(ADDOFD)法对排气系统吊耳悬挂点位置进行了优化。研究结果表明:在汽车开发前期,采用ADDOFD法进行排气系统吊耳悬挂点位置的优化布置是有效的。所做仿真研究对于缩短整车开发周期,节约成本有重要意义。

汽车排气系统模态分析及挂钩位置优化

以某乘用车排气系统为研究对象,采用Hypermesh和MSC.Nastran有限元软件对排气系统进行了有限元建模,分析排气系统的自由模态,得到系统的固有频率。然后,根据平均自由度位移法,优化排气系统的挂钩位置,使得系统的固有频率避开发动机的激励频率。最后,利用通用公司的28工况对排气系统做强度分析,观察优化后的排气系统在各种工况下的应力应变情况。计算结果表明满足强度要求。

类矩形软土隧道开挖引起地层沉降物理模型试验研究

目前针对类矩形等异形截面隧道施工效应的室内模型试验研究还非常少见。文章基于类矩形截面隧道开挖收敛位移模式,建立类矩形隧道开挖引起土体自由场位移的模型试验系统,包括类矩形隧道开挖模拟装置、自由场位移测量体系以及模型试验数据采集体系等。首先,通过4个液囊排水模拟类矩形隧道开挖掘进过程,实时记录地表和地层内部的沉降变形,分析了类矩形隧道开挖引起土体自由场位移分布与发展规律,并将沉降模型试验值与理论计算值进行对比。试验发现,土体沉降值随着隧道液囊的排水缓慢增加。此外,在隧道截面面积、隧道埋深、地层损失率均相同工况下进行类矩形与圆形隧道模型对比试验,结果表明,类矩形隧道开挖引起土体自由场沉降槽宽度明显大于同工况下圆形隧道的试验结果;在隧道正中心位置处,圆形隧道开挖引起地表沉降试验结果明显大于类矩形隧道开挖引起地表沉降试验结果。

某汽车排气系统悬挂位置设计

建立了某汽车排气系统的有限元分析模型并对其进行了自由模态分析,基于平均驱动自由度位移(ADDOFD)方法对排气系统悬挂位置进行了选择。对排气系统进行了静力分析、约束模态分析及动力分析,分析结果表明,悬挂位置的选择是合理的,满足了系统的受力要求,避开了发动机的怠速激励频率,挂钩传递到车身的力在限值内。

基坑开挖对邻近桩基影响的两阶段分析方法

城市建筑物密集区深基坑开挖必然引起周围土体侧向移动,使邻近桩基产生水平变形和附加应力及弯矩,最终可能使上部建筑物功能失效。针对该领域目前存在的三维数值法建模复杂及计算耗时的缺点,提出两阶段分析法,该方法首先根据影像源法计算由于基坑开挖地层损失引起的坑外土体位移场,然后基于Winkler地基模型建立基坑开挖与邻近桩基相互作用的弹性地基梁微分方程组,并推导基坑开挖对临近桩基侧向响应影响的数学解析解矩阵表达式。最后结合实例分析表明,该方法计算结果合理可行,能够有效地分析基坑开挖对邻近桩基的影响。

考虑开挖卸荷及变形耦合效应的被动桩分析方法

基坑、隧道的开挖将不可避免地影响邻近受荷桩基的工作性能,如何合理评价开挖条件下邻近受荷桩基的附加响应至关重要。针对Winkler地基梁模型的不足,提出了一种改进的非线性两阶段分析方法,该法能够合理地考虑桩土作用的非线性特征、桩顶工作荷载对桩身附加轴力的影响及轴力产生的偏心弯矩对水平挠曲的影响等,并给出了该改进算法的增量法求解过程。同时将本文方法与已有研究成果进行了对比,验证了本文方法的合理性,并进一步探讨了桩顶工作荷载对竖向附加响应及轴向力对水平附加响应的影响规律。结果表明:桩顶工作荷载对竖向附加响应的影响是显著的;而轴向力对水平挠曲的影响程度则与自由场位移模式等相关,对于部分位移模式,影响也很显著。