自适应材料插值在柔顺常力机构非线性拓扑优化中的应用

为解决柔顺常力机构的非线性拓扑优化中存在的数值不稳定问题,对非线性拓扑优化的材料插值方法进行了研究。首先,根据常力机构的工作特点以及输出特性,分别构建了其非线性拓扑优化的设计域以及优化模型;然后,对数值不稳定问题产生的原因展开了讨论,从控制应变以避免数值不稳定问题的角度出发,提出了一种新的材料插值模型,模型中引入了参数α,对低密度单元抗变形能力进行了统一调节,并根据最大等效应变给出了一种参数α的自适应调整策略;最后,基于提出的材料插值模型,推导了常力机构优化模型的目标函数敏度表达式,对不同常力区间的常力机构进行了优化,分别对优化结果以及优化效率进行了讨论;并搭建了实验平台,对优化得到的常力机构的实际输出性能进行了验证。实验结果显示:该方法优化得到的常力机构在特定的常力区间内,最大输出力误差为2.3%。研究结果表明:自适应材料插值方法有效地避免了数值不稳定问题,稳定性得到了提升,且优化效率相比于附加超弹材料方法得到了提升。

基于流体动压原理的密封槽型优化方法

为得到螺旋槽动压密封最优槽型参数,进一步提高其流体润滑特性,基于流体动压原理提出以恒闭合力下典型参数螺旋槽密封参数为初始值,以动压密封螺旋槽的结构参数槽数、槽宽比、槽坝比以及螺旋角为变量,以泄漏率与开启力之比最小化为优化目标的槽型优化方法.采用参数化建模方法,建立优化数学物理模型,得到一系列优化槽型,分析并讨论了新方法的优化机制,最后对两种优化槽型与初始槽型进行了分析对比,结果表明:对于不同转速和优化槽数,提出的优化方法具有较好的适用性,优化所得槽型集中表现为A、B两种结构参数,按螺旋角β、槽宽比γ1以及槽坝比γ2的顺序分别为15°、0.50以及0.55和22.5°、0.55以及0.55.新方法的优化机制为:通过调整螺旋角、槽宽比和槽坝比,外移压力峰值和均化周向压力,同时,减少槽和坝区流体转移,降低流体出口流速,实现保持高开启力以及降低泄漏率的目标.对典型螺旋槽和A、B槽型进行性能对比,结果表明:在小膜厚段,流体膜生成率均较大,因此高膜厚的典型螺旋槽为优选槽型,而在大膜厚段,泄漏率较低的B型槽为优选槽型,而A型槽在全膜厚段的表现介于二者之间.

定常力输出柔性滑块机构的优化综合

定常力输出机构就是在一定的输入范围内输出一恒定力的机构。本文首先利用虚功原理建立了实现定常力输出柔性滑块机构中力与位移间的关系式 ,进而提出了当考虑和不考虑零件中的应力时柔性滑块机构的优化综合方法 。

大尺度重型构件夹持机构近恒力优化设计

机械夹持机构是机械制造装备的重要组件,当夹持机构钳口开口因夹持不同尺寸大型工件而有较大变化时,存在夹持力波动很大的情况,因而很难保证夹持的可靠性,甚至造成夹持机构功能失效。针对这一问题,建立了该机构大尺度近恒力目标和夹持力输出最大目标两个优化数学模型,并在此基础上采用统一目标函数法建立了综合近恒力目标和输出更大目标的多目标优化数学模型,利用循环程序与M atlab软件自带的非线性约束最优问题求解工具箱fm incon相结合的优化方法进行全局性寻优。优化结果表明,经过优化后的夹持机构在大尺度范围内既能保持近恒力输出又具有较大夹持力,且夹持力在钳口开口在中间位置时达到最大值,在钳口开口最小和最大两个位置时达到最小值。

数控恒力铣削刀路设计

在切削加工物理分析的基础上探讨铣削力和切削加工参数之间的关系,建立铣削非圆曲线的力学模型,采用单因素试验法设计铣削试验,通过最小二乘法确定铣削力模型系数。以非圆曲线为例,完成了数控恒力切削测力实验,试验结果表明:该方法能够使切削力在非圆曲线的加工中基本保持不变,改善了曲线的加工质量,缩短了加工时间,在提高加工效率和精度方面具有优势。

弹性打纬系统弹性节机构的参数优化

本文以织机打纬力为恒值作为优化目标，对设计出的弹性打纬系统中弹性节机构参数进行了优化，得到了机构尺寸和弹簧特征参数的优化结果．

弹性节的优化设计

在静力学的基础上，以打纬力为恒值作为优化目标，优化了弹性打纬系统中弹性节的参数。

曲柄滑块恒力机构的设计

设计了一种由曲柄滑块机构和拉簧组成的恒力机构。采用虚功原理对曲柄滑块恒力机构进行了受力分析,建立了位移与输出力之间的关系,并建立了该机构的恒力优化数学模型。最后对实例进行求解,结果表明优化后的机构体积小,能在一定范围内输出较精准的恒力。

典型柔顺常力模块结构参数评估与有限元优化

为解决柔顺常力机构常力范围不足的问题,基于有限元方法分析结构参数对常力输出特性的影响,提出适应正负刚度组合常力机构的优化方法.首先,以一种Z型梁与双稳态梁并联的常力机构作为研究对象,通过对两种梁的力-位移特性进行分析,获得与机构常力特性相关的结构参数.然后,利用Workbench仿真,对比理论分析结果,得出未优化机构实现常力的输入位移区间为[1.2,2.5] mm,常力为18 N;并利用Matlab仿真,评估两种梁的主要结构参数对常力特性的影响.最终,运用有限元优化法求取结构参数组合的最优解,得出优化后机构实现常力的输入位移区间为[2.0,4.5] mm,常力为68.5 N.优化结果证明了该方法的有效性及可行性.

基于定矢量力输出的八索并联机构索力优化及实验研究

提出一种八索并联机构来实现任意定方向矢量力的输出,完成对火箭发射推力的实时模拟.首先通过运动学建模和受力分析,得到八索并联机构的动力学方程.在建立定方向矢量力输出模型的基础上,采用力封闭的索力优化计算理论,对输出定方向矢量力时的机构索力进行了优化求解.最后,分别研究了终端输出不同矢量力时的索力变化规律,并在八索并联机构实验装置上实现定方向矢量力的输出,验证了理论研究的正确性.