浅谈机械结构动态优化设计及其相关技术

阐述了机械系统动态优化设计的概念、内容,介绍了机械系统动态优化设计相关技术。分析说明了机械系统动态优化设计是一项涉及现代动态分析,计算机技术,产品结构动力学理论,设计方法学等众多科学领域的高新技术,能把问题解决在设计阶段、代价小、周期短,能满足机械设备动态特性要求,能够适应当前激烈的市场竞争的需要。     

状态空间梯度投影法在汽车设计中的应用

本文用状态方程描述机械系统的动态特性,直接处理设计变量和状态变量,通过利用伴随变量的灵敏度分析,将非线性规划中的梯度投影法推广到函数空间的动态最优化,形成状态空间梯度投影法;并对CS-131轻型货车悬架系统进行了优化设计.计算表明,该方法适用于承受各种时变载荷的机械系统最优设计.     

高速离心泵转子系统动态优化设计

目前高速离心泵转子系统动态优化设计一般多限于求在自振频率禁区约束下的转 子重量最轻问题，用数学规划法或准则法求解。本文对高速离心泵转子系统进行符合 工程要求的较全面的动态优化设计，采用有限元分析手段；以动柔度为目标函数（考 虑强迫振动），考虑自振频率禁区、转子强度和刚度等约束，采用作者提出的摄动逆 求法或者将其与数学规划法相结合的方法求解。以 ＣＹ型液下泵为实例，重分析 １～２ 次。本优化方法亦可推广用于其他机械系统动态优化设计。     

机械系统动态优化设计的混合遗传基因方法

融合复合形法和基因算法提出一种可以有效地解决机械系统动态优化设计问题的随机优化算法－混合遗传基因法。该法以遗传基因方法实现代间进化，以复合形法改进代间较差个体以加速进化。数值分析结果表明，该方法结构正确，算法简洁。     

机械系统动态优化设计的混合遗传基因方法

融合复合形法和基因算法提出一种可以有效地解决机械系统动态优化设计问题的随机优化算法——混合遗传基因法．该法以遗传基因方法实现代间进化，以复合形法改进代间较差个体以加速进化．数值分析结果表明，该方法结果正确，算法简洁     

圆盘式电流变传动机构的优化设计

应用电流变流体技术于机械系统和流体控制系统,可实现无移动件或少移动件的机构,改善系统的动态品质,文中讨论圆盘式电流变传动机构的优化设计,以及机构的动态品质、电流变流体的物理性能和装置的结构参数,给出圆盘直径、剪切速度、极化力和粘性力之间的关系。     

多失效模式机械系统可靠性优化设计

为提高机械系统的可靠性,应用机械系统可靠性设计理论和优化设计方法,在多失效模式下,研究机械系统可靠性优化设计的实现方法.运用可靠性设计的随机摄动法,讨论机械系统可靠性优化设计问题,建立机械系统可靠性优化设计方法在多失效模式下的数学模型,提出机械系统可靠性优化设计的计算方法.在基本随机参数前二阶矩已知情况下,通过计算机程序可以迅速准确地获得机械系统可靠性优化设计信息.该方法的计算结果更接近工程实际中机械系统可靠性优化设计问题.     

回转键合图法机械系统动态仿真

本文较详细地介绍了机械系统动态仿真的回转键合图法,推导出了机械系统状态方程的统一表达式。应用本文方法所编制的软件,可在计算机上自动地对系统进行动态仿真。最后给出实例来验证本文所述方法的实用性及通用性。     

具有齿轮—绳索机械系统动态力学特性的研究方法

建立了具有齿轮—绳索机械系统的离散—连续动态力学模型;应用“动态子结构方法”并引入“虚约束”的概念得到了该类力学模型的动态响应;最后,应用该方法进行了实例计算,计算结果表明,其计算精度高于对应的离散动态力学模型。     

复杂机械系统的优化设计

本书首先用数学模型来描述复杂的机械系统，然后，将机械系统的优化设计归结为在互相制约的性能中合理地协调众多的设计变量，最后达到优化设计的目的，书中给出一些地面车辆中的优化问题实例来说明理论的应用。     

基于响应面法的平缝机刺布挑线机构动平衡优化

为改善高速工业平缝机的动态性能,降低其振动响应,对其关键机构——刺布挑线机构进行动平衡优化.建立了该机构的动力学模型,以振动力和振动力矩的均方根值为分析目标,考察设计变量对分析目标的灵敏度.基于最优拉丁超立方的试验设计建立分析目标的响应面模型并进行可靠性验证,选择合适的权重系数,建立优化数学模型.采用多岛遗传算法,通过改变构件的质心坐标位置及质量等参数对机构进行优化.优化后机构振动力和振动力矩等有明显改善,表明该方法具有较高的精确性与有效性,对改善如高速平缝机等复杂机械系统的动态特性有一定的参考价值.     

高速磨床主轴模态测试与分析研究

在MSC.PatranNastran软件平台上建立了CNC8312A高速凸轮轴磨床主轴在支承约束状态下的有限元模型,对其结构进行了动态分析与优化并得到了主轴的最优结构模型,应用LMS振动及动态信号采集分析系统对优化前后的主轴进行了模态测试与分析.实验表明,测试得到的主轴动态特性和利用有限元软件仿真分析得到的主轴动态特性是一致的,优化后的主轴1阶固有频率明显提高,利用有限元软件进行高速磨床主轴结构优化是可行的.     

动力减振器参数优化选择问题的研究

以三层建筑结构为对象建立力学模型.首先导出其上含有减振器的振动系统的运动微分方程组,通过矩阵运算导出减振系统的振动响应和减振效率,然后按照惩罚函数优化方法计算减振器的力学特征参数.计算结果表明,应用这种方法计算建筑结构上减振器的力学参数在很宽的频率范围内都能满足工程设计所需的精度.     

基于伴随方法的动态非定常气动外形优化设计

为实现动态非定常条件下的气动外形优化设计,基于非定常形式的欧拉方程及伴随方程,建立了一套完整的针对非定常动态问题的气动外形优化设计方法,并采用所建立的方法,对俯仰振荡的NACA0012翼型在跨声速(Ma=0.8)及限制条件下进行了翼型时均减阻外形优化. 对优化设计的结果进行了分析. 研究结果表明:该动态非定常气动外形优化设计方法具有较高的可靠性和实用性.      

整体叶盘磨抛机床叶片型面磨头结构拓扑优化设计

针对航空发动机整体叶盘磨抛机床叶片型面砂带磨头结构的轻量化设计目标,对磨头支撑板开展变密度法拓扑优化设计.在完成磨头静动态分析的基础上,进行了变密度法拓扑优化理论分析.以磨头支撑板最优材料分布为基础,对磨头结构开展轻量化布局以及尺寸优化,获得了最终的磨头结构设计参数.结果表明,优化后磨头质量总体来说相比原始结构减轻了8.74%,并在动静力学性能方面获得了较为理想的提升,较好地实现了磨头结构减重优化设计目标.     

阀式泵吸油阀优化设计

本文在建立吸油阀动态特性数学模型的基础上．以吸油阀的动态特性表达式为目标函数,合理确定约束条件．用“外点法”及ＢＡＩＳＣ 语言进行优化设计．以此优化设计某压力机阀式泵的吸油阀,经计算可使液压泵排油量提高６％以上．经稳定性分析．优化设计的吸油阀工作稳定．     

单桩复合地基上块体振动速度导纳的灵敏度特性

简要分析了当前复合地基动测技术的不足,提出了用单桩复合地基上块体的竖向振动速度导纳曲线检测桩-土体系工程性状的机械导纳法．文中应用轴对称有限元-无限元耦合解,较系统地分析了块体速度导纳及其关于桩身弹性模量的灵敏度特性,包括地基土剪切波速、桩长和桩身缺陷的影响规律,对进一步完善复合地基动测技术以及用复合地基作动力机器基础时的优化设计具有重要的指导意义．     

夹层板系统压缩力学性能试验研究

夹层板系统以其优越的力学性能在工程领域得到广泛应用。对夹层板系统在不同加载速率下的压缩力学性能进行了试验研究。首先对钢-聚氨酯-钢夹层板系统进行了准静态压缩试验,得到夹层板系统的准静态等效应力-应变曲线;并对同一组试样,基于分离式霍普金森压杆试验装置,进行了动态冲击压缩试验。近似等效SHPB试验原理,分析夹层板系统的动态力学性能。比较分析结构的破坏形式和原因,为新型结构的优化设计和应用提供参考。     

复杂武器系统总体设计综合集成方法的实现

为了解决复杂武器系统总体设计质量和设计周期难于保证的问题,应用从定性到定量的综合集成方法提出了武器系统设计的功能组成,并构建了总体优化设计的体系结构及其决策支持系统.实现了武器系统的方案设计与论证、方案评价、指标分配及系统仿真.所实现的优化设计系统能够有效辅助总设计师进行新型武器系统的总体设计,使其更加规范化、科学化.     

一种磁流变弹性体执行器的联合优化方法研究

磁流变弹性体（magnetorheological elastomer, MRE）执行器作为智能减振应用系统的核心元件,其结构的优化是决定执行器性能上限及系统控制成效的关键。针对目前MRE执行器优化方法及理论研究欠缺的问题,文中面向一款横向隔振的MRE执行器,基于其机械结构和有效磁路,以优越磁控性能、低功耗和快速响应时间为优化目标,提出了一种新的MRE执行器联合参数优化方法。首先,基于MATLAB和COMSOL的联合仿真,将遗传优化算法和电磁有限元分析方法进行有效结合,实现对MRE执行器的优化编程;其次,完成对器件的全局尺寸结构优化设计,使得器件具备优越磁控性能（526.21 mT）、低功耗（44.05 W）及快速响应（5.43 ms）;最后,通过搭建测试系统对优化后装配的MRE执行器进行测试和评估,验证了文中优化方法的可行性和有效性。提出的联合优化方法不仅适用于MRE执行器结构,还可为多领域减/隔振应用的共性MRE器件优化设计提供理论参考。