超大伸缩比机械臂结构设计及其刚度优化方法

定期清理灰库内壁板结干灰已成为保障火电厂机组安全运营的重要措施。针对现有灰库清理机器人普遍存在的清理区间局限、整机刚度不足等突出问题,通过引入基于绳排的同步伸缩驱动机构,融合轻量化高刚度的多节箱式臂体及柔性周向回转关节,创新设计出一款基于超大伸缩比机械臂的灰库全域面清理机器人。在此基础上,通过深入力学分析建立伸缩臂力学模型并提出刚度条件。利用迭代法对伸缩臂截面参数进行优化,获得不同情况下最优截面参数。仿真实验表明经刚度优化后的伸缩臂整体刚度良好,满足灰库清理机器人长期作业要求。     

绳驱动拟人臂机器人的刚度分析和优化

分析了一种绳驱动拟人臂机器人的笛卡尔刚度,这种7自由度机械臂具有特殊的串并混联结构,机械臂的肩关节和腕关节均为绳驱动3自由度球关节,通过对其刚度表达式的推导,再结合串联机器人刚度分析方法,描述了机械臂整体笛卡尔刚度矩阵的求解过程.首先描述了绳驱动3自由度球关节的推导过程,用以求解肩关节和腕关节的刚度;然后计算单自由度肘关节的刚度;最后通过结合肩、肘和腕刚度得到的关节空间刚度矩阵,运用修正的一致保守变换得到绳驱动拟人臂机器人的笛卡尔刚度.基于以上的刚度分析,提出了一种刚度优化算法用于改善机器人在运动过程中的刚度,仿真分析验证了这种算法的有效性.     

冗余度空间机械臂的动力学与优化控制

利用多体系统动力学方法导出冗余度空间机械臂的动力学方程，利用动力学优化控制规律，以最小关系速度为目标，讨论了冗余度空间机械臂追踪惯性空间期望轨迹的控制问题，通过仿真计算，表明控制规律的有效性。     

某机械臂运动精度分析及优化

针对潜艇蓄电池日常维护保养工作困难,对设计的蓄电池自动维护保养装置进行了运动精度分析。通过对传动误差产生的原因分析入手,采取理论分析、数值计算和实验分析对比验证的方法,将理论计算所得到的误差结果与应用Matlab软件测得的实验数据进行比较分析,并提出了优化改进方案。     

柔性空间机械臂区间参数不确定性分析

研究了柔性空间机械臂动力学分析中由于区间参数的存在而引起的动力学响应不确定性问题.采用能够描述大位移、大变形耦合特性的绝对节点坐标方法来建模柔性机械臂臂杆,建立了含区间参数的多体系统动力学方程,为指标-3的微分代数方程.运用基于Chebyshev多项式的Chebyshev区间扩张函数,将含区间参数的微分代数方程转化为Chebyshev多项式插值点处的确定参数的动力学方程,研究得到了一维区间参数和多维区间参数影响下机械臂系统的动力学响应区间边界,形成了预测机械臂末端轨迹区间的新方法.通过与Taylor方法的对比研究,结果表明,该方法能够有效减少系统仿真工作量,减小动力学响应预测值误差,快速稳定地得到机械臂系统动力学响应区间.      

基于灵敏度分析的汽车车门模态和刚度优化

车门是汽车重要的组成部件,其主要作用是为驾乘人员提供出入车辆的通道,保护驾乘员安全,降低车内噪音。车门既要满足刚度性能要求,又要满足振动性能要求,因此,在车门设计过程中,采用灵敏度分析方法可以有效平衡车门各性能的设计要求,从而提高车门的设计效率。本实验研究中,首先建立车门分析模型,对其进行振动分析,并对分析结果进行试验验证;接着以一阶弯曲频率、扭转刚度位移、下垂刚度位移及总质量为响应,对车门钣件厚度进行灵敏度分析;最后,以车门钣件灵敏度分析筛选出的敏感钣件作为设计变量,以车门各性能指标作为约束条件,对车门进行优化设计。     

函数型数据分析与优化极限学习机结合的弹药传输机械臂参数辨识

为实现弹药传输机械臂中不可测参数的辨识,建立了机械臂的虚拟样机,并将其作为样本数据的来源;考虑到样本数据的连续性和平滑特性,使用函数型数据分析和函数型主成分分析对样本数据进行了特征提取,并利用提取的特征参数和待辨识参数作为训练样本对极限学习机(ELM)进行了训练.为提高极限学习机的辨识精度和泛化能力,利用粒子群算法对极限学习机的输入层与隐含层的连接权值和隐含层节点的阈值进行了优化.最后,分别利用仿真数据与测试数据对此方法进行了验证,仿真数据的辨识结果表明,优化后的极限学习机具有更高的辨识精度和泛化能力;同时,通过对比将测试数据的辨识结果代入模型中进行仿真得到的支臂角速度与测试角速度,验证了此方法的可行性和有效性.     

轴承结构参数的随机性对轴承刚度灵敏度的影响

采用拉丁超立方抽样确定了角接触球轴承结构参数的样本点,通过Powell和Newton-Raphson相结合的算法计算了非线性方程组,将计算得到的轴承刚度的响应值应用Kriging法进行响应面拟合.利用M onte Carlo随机抽样法确定了轴承结构参数的均值和方差对轴承刚度均值的灵敏度.研究结果表明:轴承轴向和径向刚度对轴承结构参数的均值和方差的灵敏度呈现相反的影响趋势.轴承刚度对轴承滚动体直径的变化反应最灵敏,轴承内、外圈沟道曲率半径的变化对其影响次之,外沟道直径的变化对其影响最小.该研究为轴承的结构参数和加工精度的选择及零件的分选提供了理论依据.     

液压重载机械臂有限元分析

针对磨机更换衬板所用的液压重载机械臂,建立了三维模型,采用有限元方法对其静态和模态进行仿真.考虑了液压油的影响,计算了液压缸的等效刚度,得到了机械臂的应力、变形分布云图以及固有频率和振型,仿真结果与液压缸视为刚性时的结果相比,更合理,为机械臂的设计提供了理论依据.本文采用的方法为液压机械臂的分析和仿真提供了一种新的方法...     

基于刚度性能优化的比例灵敏度方法研究

文章针对某款微型纯电动汽车扭转刚度不足的问题,在详细参数设计阶段提出了用比例灵敏度方法为基础对白车身结构件进行尺寸优化。首先利用Hyper Mesh软件建立正确的白车身有限元模型,并对其刚度性能进行分析;基于扭转刚度性能提升的需求,在已有灵敏度方法研究的基础上,提出了比例灵敏度变量优选方法;最后建立优化数学模型,以车身质量最小化为目标、扭转刚度性能要求为约束,通过优化白车身薄板件厚度,得到满足性能要求的车身结构。优化后扭转刚度提升了24.56%,验证了比例灵敏度变量优选方法对结构刚度性能提升的有效性。     

轧机机架参数敏感性分析及顺序优化的研究

提出了一种基于参数敏感度分析的顺序优化方法,利用ANSYS软件建立了550轧钢机机架的参数化模型,并对轧机机架尺寸进行了优化设计.采用顺序优化的方法,首先对轧机机架的体积进行最小优化,然后在对优化参数进行敏感性分析的基础上,针对优化结果存在的潜在问题,进一步以横向位移最小作为目标函数优化.这种敏感度分析和顺序优化相结合的策略克服了传统单目标函数优化结果不精确的不足,也避免了多目标优化权系数难以确定的问题,从而简化了求解过程.采用该优化方法制造的轧机机架,已投入实际使用1年,工作状况良好.优化结果和实际应用效果表明,该混合方法是行之有效的,并具有一定的实用价值.     

变刚度悬丝支撑微纳测头的结构参数优化与动态特性分析

构造了一种基于悬丝约束支撑的变刚度微纳测头。利用压电装置驱动柔性机构变形,改变悬丝所受的轴向张紧力及横向刚度,进而改变测头约束支撑机构的整体刚度。通过正交试验法优化测头的各项结构参数,确定最优尺寸。基于有限元方法,仿真验证测头的各向同性、灵敏度、固有频率及瞬态响应等性能。通过仿真得到测头刚度关于悬丝轴向伸长量的变化曲线,结果表明测头具有一定的变刚度性能。提出的变刚度测头丰富了现有测头的结构形式,研究成果对该类型结构形式的测头的实际应用奠定了前期基础。     

细长轴车削加工误差可靠性灵敏度分析

车削加工参数的随机性会影响直径误差,因此,本文提出一种细长轴直径误差可靠性灵敏度分析方法.通过剪切区模型和几何分析法建立直径误差模型,采用Kriging方法重构细长轴车削加工误差与切削参数的函数关系,然后采用蒙特卡罗方法进行可靠性灵敏度分析,据此评价各参数对直径误差的影响程度.研究结果表明:切削速度、刀具前角和直径增加...     

台风风场随机参数敏感性分析

在沿海台风多发区域，高耸和长大结构对于台风风速作用非常敏感，故有必要合理估算结构寿命期内可能遭遇的台风极值风速，结合台风气候条件下风速分布模型与Monte-Carlo可靠度分析方法，构建了台风风场随机模型，分析了台风风场风速的分布特点，数值化地再现台风的基本结构．选用1949年至2001年对上海地区有明显作用的75个台风记录，用敏感性分析方法计算了台风风场多个随机参数对于台风极值风速的贡献程度，为台风随机模型的极值风速预测作了必要的准备．     

变量有界单参数线性规划的灵敏度分析

讨论了变量有界单参数线性规划的灵敏度,借助于单纯形法及其理论和多项式系统解建立了最优基稳定的条件,给出了原始、对偶问题的最优解和最优值的级数表达式.     

自主静压气体轴承参数优化及静态性能分析

该文提出一种位置反馈自主控制静压气体轴承技术原理,能有效提高轴承的支撑刚度及回转精度.通过有限元数值计算法,按气体轴承刚度最大准则优化了固有节流轴承参数.在此基础上,给出了三种主动节流方式下的承载能力特性.计算结果表明:轴承固有节流参数优化是合理的,它能为自主控制轴承实现无穷刚度提供良好的负载范围.三种主动节流方式也为自主控制气体轴承提供了多样性选择.     

综合传动装置悬置系统刚度灵敏度分析与振动能量解耦

基于综合传动装置悬置系统6自由度耦合振动模型,利用灵敏度分析方法,计算悬置系统各阶固有振动频率关于各悬置各方向刚度的灵敏度,确定影响某一方向振动的关键橡胶刚度,为改善系统某一方向的振动提供理论依据.以系统各方向振动解耦率作为目标函数,综合考虑传动轴激励、人体承受振动敏感区域及各向振动耦合状况来确定优化约束条件,进行刚度参数最优化,得到的悬置系统各方向最优刚度值可用于改善悬置系统隔振性能.针对某一传动系统振动恶化的情况,采用刚度灵敏度分析与振动能量解耦综合方法,对悬置系统进行设计.最后利用台架振动试验结果验证悬置系统优化设计的有效性.      

大跨径自锚式悬索桥气动参数的敏感性分析

基于桥梁多振型耦合的气弹性理论,建立了基于特征值问题的气动参数敏感性分析方法,并结合目前国内最大跨度的独塔和双塔自锚式悬索桥的风洞试验资料,分别探讨截面形状、气动阻尼、模态耦合、颤振导数、施工过程等对桥梁气动性能的影响.主要的分析结果表明:对于具有扁平流线型钢箱梁的自锚式悬索桥,其颤振临界风速的计算结果比较接近于薄平板,且绝大部分能量都集中到扭转振型上,表明对颤振发生时起主导作用的是扭转模态;结构阻尼的增加在一定范围内对抑制结构响应所起的作用明显;加劲梁的侧向摇摆运动对其竖向响应的影响非常显著.这些特点均表明此类自锚式悬索桥的空气动力性能与斜拉桥更为接近.图3,表4,参9.     

磁流变阻尼器滞回模型参数的敏感性分析及其简化模型

为解决Bouc-Wen模型参数多、数学表达式复杂、参数识别困难的问题,根据Bouc-Wen模型中参数的物理意义及其对结果输出贡献的大小进行了参数敏感性分析,滤除敏感性差的参数,令敏感性强的参数参与拟合滞回曲线,从而获得了简化的Bouc-Wen模型.在参数敏感性分析中,提出并采用了修正的one-at-a-time(OAAT)法.修正OAAT法是在OAAT法的基础上,令待测参数之外的其他参数自由变化,充分考虑了参数之间的耦合关系,具有全局敏感性分析的意义,可使结果更为准确和全面.为了验证Bouc-Wen简化模型的有效性,采用遗传算法对Bouc-Wen模型和Bouc-Wen简化模型的参数进行了识别,并对磁流变阻尼器力学特性试验数据进行了数值模拟,结果表明:Bouc-Wen简化模型能够更精确、更高效地模拟滞回曲线,拟合精度平均提高了4％,计算效率平均提高了47％.     

复合桩墙支护结构关键参数的灵敏度分析

通过有限元数值分析方法,利用全局有限差分法建立了灵敏度分析模型,并对诸多设计参数进行了计算分析,讨论了设计参数对复合桩墙支护结构的受力和变形影响,计算出设计参数的灵敏度因子,得到一些有参考价值的分析结果,为优化设计和施工提供一定的参考.