SMA驱动的模块化仿人手指设计与研究

采用模块化的欠驱动手指结构设计,形状记忆合金丝作为驱动器,永磁铁装置提供预拉紧和复位功能,使得SMA驱动器的输出力比弹簧预紧提高了6 N以上.通过驱动位移放大滑轮,使SMA驱动器的输出位移增大了2.1倍.最后,通过3D打印技术打印手指模型并组装了单根手指,实现了对日常用品的抓取操作.本研究有效解决了SMA驱动器驱动位移小、预拉伸和输出力相矛盾的问题,为形状记忆合金材料作为仿生驱动装置的应用提供了设计思路.     

一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化方法

针对多输入多输出柔顺机构的输出位移最大化拓扑优化问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法.首先,引入柔顺度的小量变化约束函数来处理柔顺机构拓扑优化的病态载荷问题和类铰链问题.基于传统界限公式法思路,通过一个界限变量将多个输出位移最大化目标等效转化为多个约束条件,构建了一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化的界限公式模型.然后...     

以柔顺机构作位移放大器的拓扑优化设计

针对微定位技术中压电驱动器的形变放大问题 ,利用有限元方法和连续体的拓扑优化方法 ,以位移放大比为优化目标设计出一种无铰接的柔顺位移放大器 .通过把优化目标由位移之比形式转化为能量之比形式建立了优化的数学模型 ,并运用准则法作迭代求解 .而且 ,通过过滤算法避免了棋盘格现象 .     

形状记忆合金驱动的软体仿生手掌

与刚性部件控制的机械手臂或者手指相比,以记忆合金丝作为驱动器的驱动部件,避免了结构复杂的刚性部件以及复杂的运动反馈控制系统,其输出力—重量比高,驱动方式简便,引起各界的关注。本文以形状记忆合金为基础,设计试验了一种形状记忆合金丝驱动的软体仿生手掌。阐述了驱动记忆合金的原理、手掌的制作原理,建立了软体仿生手掌的运动学模型,采用matlab进行了运动学仿真验证分析,通过物理试验证明记忆合金驱动的软体仿生手掌可以达到手指弯曲及实际物体抓取的效果。     

机电耦合及应力约束的柔顺机构拓扑优化设计

探讨了利用有限元方法和均匀化拓扑优化技术 ,以柔度与刚度两者要求为目标对柔顺机构进行设计 .设计时 ,考虑了机构与驱动器组成之系统的机电耦合问题 ,并以满应力准则法初步解决了应力约束问题 .最后 ,通过算例说明了本方法的有效性     

形状记忆合金薄膜微驱动器过程准可控研究

研究了形状记忆合金（SMA）驱动器的过程不可控及过程准可控输出特性，给出了此类驱动器实现过程准可控的设计思想－－单元互联，及其可控输出位移值与互联单元的一般性关系；对于n个具有双程形状记忆效应的单元互联而成的SMA驱动器，有2^n个可控位移输出。对一类基于单元互联实现变力夹持的SMA薄膜微夹持器进行了理论探讨。     

基于拓扑优化实现平面可控轨迹输出的柔顺机构设计

结合弹簧模型、变密度法和拓扑优化工具,研究了实现平面可控轨迹输出柔顺机构的设计方法.建立了单输入多输出和两输入两输出柔顺机构的优化模型,设计出轨迹输出机构.优化问题的求解采用移动渐近线法(MMA),数值问题的处理使用网格独立滤波法.对设计结果的仿真分析表明:采用线弹性模型对部分小变形柔顺机构进行拓扑优化设计是可行的;拓扑优化方法是一种计算式设计方法,得到的是概念设计的结果,与实际应用存在一定差距.     

柔顺杆大变形分析的A-T-S方法

柔顺机构是一种新型机构,其中杆状柔顺机构占据了很大的比重。对大变形杆状柔顺机构的设计和分析,关系到整个柔顺机构的设计成功率。将链式算法和二分法应用于柔顺杆分析中,依据角度等量递变原则对柔顺杆进行分段,每一段的相对转角相等而长度不等,运用一个刚杆和一个扭簧连接来近似替代此小段,进而依据力的平移定理推出了相邻两段之间的长度关系,据此计算传统柔顺杆各部分受力后的变形、位移、转角,并根据所得结果推导出柔顺杆各部分应变能分布情况,从而为柔顺杆大变形分析提供了一种新的方法。经过与传统椭圆积分进行对比,验证了此方法的可行性。     

一种柔顺微夹钳机构的拓扑优化方法研究

提出了用虚拟载荷法解决ANSYS软件只能以刚度为优化目标的问题,首先基于变密度法给出了柔顺机构在位移最大化目标下的体积约束优化模型,并对目标函数进行敏度分析;进而分别给出在ANSYS和MATLAB两种不同平台中,实现柔顺微夹钳拓扑优化设计的方法与过程;最后对两个平台中得到的拓扑优化结果进行了分析,结果表明虚拟载荷方法能够解决ANSYS只能进行刚度优化的问题;对柔顺机构进行拓扑优化设计时,MATLAB能够达到理想的效果,并且比ANSYS更具有针对性。     

直驱轮式轴向磁场永磁风力发电机的研究

从降低成本、提高可靠性以及便于维护出发,提出了一种新型直驱轮式轴向磁场风力发电机组,将风力发电机、叶片支撑结构和叶片形成一个整体的紧凑型风力发电机组.分析了用软磁复合材料(SMC)材料作为轴向磁场风力发电机定子材质的可行性.对轮式轴向磁场永磁发电机关键部件进行了设计,对主轴和转子盘进行了结构分析.通过得到的受力图与计算结果,验证了各部件机械结构设计的合理性,为新型风力发电机的研发提供了研究基础.     

风力机叶片断面的几何参数分析

针对风力机叶片内部的结构形式,采用薄壁结构力学多闭式理论,对某种风力机叶片结构进行简化和分析,建立几何模型,利用MATLAB进行编程计算,得到叶片断面的弯扭特性参数.分析结果表明,风力机叶片断面的扇性静矩分布并不均匀,在叶片断面头部的值较小,尾部的值较大,容易造成叶片后缘失稳.在风力机叶片结构设计时,要提高叶片后缘部分的设计参数,以满足叶片的结构强度、刚度及稳定性要求.     

叶片尾缘喷气的垂直轴风力机气动性能研究

风力机叶片是使风能转化为机械能的原动机构,是风力机的重要部件．风力机风能利用系数的高低主要取决于其叶片的做功能力．针对直叶片垂直轴风力机使用的NACA0022翼型,在翼型尾缘处开1 mm宽的窄缝,沿弦线方向喷气,以期改变流场进而提高风力机风能利用系数．利用Fluent软件采用k-ωSST湍流模型和SIMPLE算法,运用滑移网格技术,对风力机进行数值计算．得到采用尾缘喷气叶片的风力机的风能利用系数增大,而且处于高风能利用系数的尖速比范围更宽;在尖速比为2．06时其风能利用系数最高,其值为22．4％,此时的风能利用系数较基本型时提高了15．5％．叶片尾缘喷气提高风机性能的物理机制是尾缘喷气的扰动向上游传递改变了大攻角情况下叶片的表面压力系数．     

改进的粒子群算法在翼型优化设计中的应用

建立了多目标风力机翼型型线优化模型,并采用改进的粒子群优化算法对多目标风力机翼型型线进行优化,设计出4种不同厚度的性能较好的风力机翼型。对CQUA18和CQUA21两种新翼型的气动特性与相同厚度典型的风力机翼型进行对比分析,结果表明,该翼型具有良好的气动特性,对翼型的前缘粗糙度不敏感,在主要攻角范围内,光滑和粗糙条件下,新翼型的升力系数和升阻比都要高,其气动特性具有显著的提高。     

叶尖结构变化对风力机噪声源分布特性的影响

为探究由水平轴风力机叶尖结构变化所造成的风力机噪声源分布特性的规律,利用圆盘声阵列系统对不同叶尖结构风力机采用近场声全息技术和远场波束形成技术进行噪声源识别.采集得到运行中的水平轴风力机在额定工况下的噪声信号,分析了噪声源声压级变化情况以及风力机噪声声源位置的分布规律.结果 表明:叶尖结构变化可以有效降低风力机的气动噪声,改变了风力机叶尖噪声的强度和产生位置,在一定程度上降低了叶尖噪声.通过对风力机叶尖结构的优化设计可以在不损害风力机气动性能的同时,实现较好的降噪效果.     

泛函分析思想在新型风力机叶片设计中的应用

考虑法向力和切向力的叶尖损失,推导并给出了一种改进的风力机轴向和周向因子的计算模型。结合最新设计的高性能风力机专用翼型系列,利用泛函分析方法,研究了风力机叶片展向弦长及扭角分布的泛函表达方法,提出一种新的通用叶片形状的广义泛函方程;考虑实际风场风速的概率分布,空气密度及工业界对风力机叶片的气动与结构设计要求,分别以定速运行方式和变速运行方式下风力机叶轮年发电量输出最大化为目标,以叶片展向分布函数系数为设计变量,建立了2.3MW风力机叶片优化设计数学模型;优化得到2组性能优越的风力机叶片。新叶片的捕风效率和年发电量都远远高于传统风力机叶片,其中,所设计定速叶片最大功率系数达到0.515 7,变速叶片最大功率系数达到0.517 7。     

贯流式水轮机桨叶涡动力学优化设计

为了优化贯流式水轮机桨叶的叶型,引入边界涡量动力学理论。对初始设计的导叶和桨叶叶型进行全流道三维湍流模拟,分析了桨叶表面上边界涡量流分布状态,找到了局部流动不良的部位。通过调整设计中给定的速度矩分布规律,对桨叶叶型进行优化。叶型改进后,桨叶轮毂附近和进口边附近边界涡量流分布明显改善,转轮效率提高。计算表明:桨叶表面上边界涡量流分布状态更有效地反映了转轮的流动性能,能够为叶型优化提供可靠的依据。     

基于涡面元法的风力机叶片翼型优化设计

 针对风力机翼型反设计问题,通过求解由涡量表达的面元流函数方程,直接得到面元节点速度;通过计算沿流线的伯努利方程获得面元的压力系数,进而求得升力系数和力矩系数。应用所述涡面元法以NACA2412 为初始翼型,以NACA4412 压力系数为目标值,获得满足目标压力系数的新翼型。根据新翼型对一小型风力机进行优化设计。计算表明基于涡面元法的翼型反设计有较高精度,较广适应性。通过凸函数表达翼型几何参数,能满足不同初始翼型的优化设计及风力机叶片的设计要求。     

基于气动激振理论风力机叶片非定常流效应分析

改进了激振理论,应用数值分析对风力机叶片进行计算,分析自激振动对风力机叶片运行振动的影响。通过改进激振理论分析方法,综合分析风力机叶片振动机理,得到风力机叶片振动的根本原因,并提出叶片稳定性判据。通过与实际风力机运行情况对比分析,本方法具有良好的可靠性和实用性。     

基于风场大数据互信息关联的风电机组性能评估

在风电机组现场运行大数据基础上,提出了一种互信息关联分析的风电机组输出功率建模方法;并基于该模型对风机叶片加装涡流发生器前后风电机组的性能进行了评估分析。计算验证结果表明:所建模型能够较好的拟合机组的输出功率;同时在叶片前缘附件加装涡流发生器,可以有效的改善机组的发电性能,提升风机对风能的利用率。     

基于片条理论和遗传算法的风力机叶片全局优化设计

针对水平轴风力机叶片Wilson优化设计法的不足,以片条理论为基础、全年发电量为目标函数对叶片进行全局优化设计。通过遗传算法对设计约束进行最优化搜索,并根据该方法设计在平均风速为7.5 m/s风场下工作的1.5 MW叶片。为保证功率计算的准确性,通过XFOIL和CFD软件计算翼型0o~360o攻角下气动性能,将其设计结果与Wilson法进行比较。研究结果表明:全局优化设计方法能够满足叶片设计要求,设计的叶片在低于额定风速的低风速区性能良好,在平均风速附近(7~9 m/s)的功率系数达0.44。