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面向灰库清理的超大伸缩比机械臂结构设计与刚度优化

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工程设计学报 2022年第4期29卷 430-437页

作者：张嘉宁张明路李满宏张坦河北工业大学机械工程学院天津300401

火电厂灰库内壁粉尘粘壁、板结、搭桥等现象严重影响火电机组的安全运营,因此须对灰库内壁积灰进行定期全域清理。针对现有灰库清理机器人作业区间有限及因机械臂伸缩比不足、刚度不大导致的清理效果不佳等问题,通过设计引入往复绳排驱... 详细信息

火电厂灰库内壁粉尘粘壁、板结、搭桥等现象严重影响火电机组的安全运营,因此须对灰库内壁积灰进行定期全域清理。针对现有灰库清理机器人作业区间有限及因机械臂伸缩比不足、刚度不大导致的清理效果不佳等问题,通过设计引入往复绳排驱动机构和多级嵌套箱型臂体,设计了大刚度、伸缩比为1∶7的机械臂整体结构,研制出一款面向灰库内壁全方位清理的高效作业机器人。基于机械臂级联臂体本征结构和内外耦合作用力系深度分析,结合Castigliano第二定理和线弹性原理,建立了在复杂交变载荷作用下变长度机械臂整体刚度模型。综合考虑在极端工况下机械臂应力分布特征,通过周期性拓扑优化低应力区各离散子域孔洞形状,提出了在严苛质量约束下机械臂全域刚度优化方法。机械臂性能仿真和测试实验表明:优化后机械臂质量大幅减小,且具备理想的伸缩区间和刚度特性;机械臂末端偏移量的测试值与仿真值存在一定偏差,系机械臂加工和装配误差所致。研究结果为灰库清理机器人的结构设计和刚度优化提供了重要参考。

关键词：伸缩机械臂结构设计刚度优化灰库清理

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扩压器套料电解加工绝缘套结构刚度优化研究

南京航空航天大学学报 2022年第3期54卷 378-386页

作者：李正寅朱栋张晓博南京航空航天大学机电学院南京210016

扩压器是航空发动机压气机的关键部件,对发动机性能、效率及运行工况有重要影响。为解决扩压器套料电解加工过程中绝缘套结构刚性差易变形进而影响加工稳定性的问题,提出了绝缘套刚性优化方法,在绝缘套自由端处设计了加强筋结构,开展了... 详细信息

扩压器是航空发动机压气机的关键部件,对发动机性能、效率及运行工况有重要影响。为解决扩压器套料电解加工过程中绝缘套结构刚性差易变形进而影响加工稳定性的问题,提出了绝缘套刚性优化方法,在绝缘套自由端处设计了加强筋结构,开展了不同加强筋形状、尺寸下的流固耦合仿真对比研究。当加强筋两端为圆形、宽度b=2 mm、距底端距离h=6 mm时,与未设置加强筋结构相比,最大变形量减少了88.3%。研制了带加强筋的扩压器套料电解加工绝缘套及阴极结构,开展电解加工试验研究,实现了阴极进给速度为1.4 mm/min稳定加工,加工稳定性和效率显著改善,验证了绝缘套刚性优化方法的有效性。

关键词：扩压器套料电解加工刚度优化流固耦合加工稳定性

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大型飞机机身壁板复合材料成型模具刚度优化

航空制造技术 2022年第19期65卷 114-118页

作者：彭伟波聂俊李克郎黄波谢振清蔡文侃湖南航天飞宇航空装备有限公司长沙410205 上海飞机制造有限公司上海201324

通过对固定在卧式铺丝机两端进行铺丝作业的机身壁板模具的力学分析,确认模具重量和截面惯性矩为模具刚度的主要影响因素。首先使用拓扑优化进行隔框截面布置,然后依据隔框之间的传递路径提示和钢结构节点设计原理构造出工程化的基础设... 详细信息

通过对固定在卧式铺丝机两端进行铺丝作业的机身壁板模具的力学分析,确认模具重量和截面惯性矩为模具刚度的主要影响因素。首先使用拓扑优化进行隔框截面布置,然后依据隔框之间的传递路径提示和钢结构节点设计原理构造出工程化的基础设计方案。在基础设计方案上遴选出型面厚度,赋型筋板厚度以及隔框数量3个影响因素,并针对这些影响因素进行正交试验设计与仿真分析。结果表明,减少隔框数量,优化赋型筋板和型面厚度能够实现模具刚度提升与模具轻量化性能的平衡。

关键词：机身壁板模具隔框刚度优化轻量化拓扑优化

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车用发动机磁流变悬置的刚度优化

重庆大学学报（自然科学版） 2011年第12期34卷 29-34页

作者：陈世嵬蹇开林李锐陈伟民廖昌荣重庆大学工程力学系重庆400044 重庆邮电大学自动化学院重庆400065 重庆大学光电工程学院重庆400044

由于传统的悬置优化设计一般不考虑发动机载荷以及系统阻尼,不能反映磁流变悬置的半自动控制特性。因此,选取具有代表性的车用直列式4缸4冲程发动机悬置系统的振动力学模型,利用遗传优化算法建立一种磁流变液阻尼器初始刚度优化的新方... 详细信息

由于传统的悬置优化设计一般不考虑发动机载荷以及系统阻尼,不能反映磁流变悬置的半自动控制特性。因此,选取具有代表性的车用直列式4缸4冲程发动机悬置系统的振动力学模型,利用遗传优化算法建立一种磁流变液阻尼器初始刚度优化的新方法。该方法使磁流变液悬置在发动机多种转速下有更优秀的传递率,在冲击载荷下满足安全要求的发动机振动烈度。

关键词：发动机振动控制刚度优化遗传算法

快速控制反射镜两轴柔性支撑平台刚度优化设计

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光学精密工程 2015年第12期23卷 3378-3386页

作者：付锦江颜昌翔刘伟袁婷中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

基于椭圆弧柔性铰链兼顾了直梁型柔性铰链运动范围大和圆弧型柔性铰链运动精度高的特点,设计了基于椭圆弧柔性铰链的二维快速控制反射镜系统两轴柔性支撑平台。为使柔性支撑平台快速响应性好,即使其低阶固有频率最大化,对该柔性支撑平... 详细信息

基于椭圆弧柔性铰链兼顾了直梁型柔性铰链运动范围大和圆弧型柔性铰链运动精度高的特点,设计了基于椭圆弧柔性铰链的二维快速控制反射镜系统两轴柔性支撑平台。为使柔性支撑平台快速响应性好,即使其低阶固有频率最大化,对该柔性支撑平台进行了结构优化设计。理论推导了单个柔性铰链最大刚度与许用应力、转角和铰链参数的理论计算公式。然后,采用集总参数的分析方法,得出了两轴柔性支撑平台低阶最大固有频率的理论计算公式。由公式可知:在转动惯量一定的情况下,低阶固有频率最大化即为工作方向刚度最大化。最后,通过有限元仿真和实验检测验证了理论计算的准确性,得到的结果显示:柔性支撑平台的最大固有频率和最大应力的理论值与仿真值的相对误差小于5%,平台工作刚度的理论值与仿真值、实测值的相对误差分别为3.86%和5.75%。仿真和实验结果表明:利用本文推导的理论公式进行柔性支撑平台刚度优化设计,既可以满足工程设计要求,又能省去繁杂的有限元计算。

关键词：快速控制反射镜椭圆弧柔性铰链柔性支撑平台刚度优化固有频率

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大载荷液压阻尼器振动试验台刚度优化

机械设计 2016年第11期33卷 94-98页

作者：孙刚刘红旗张敬彩石献金机械科学研究总院中机生产力促进中心制造工程研究所北京100044

试验台系统动态刚度影响大载荷液压阻尼器阻尼特性测试精度。振动载荷作用下试验台系统变形包括结构拉伸变形和螺纹动态游隙,对各部分变形值进行了计算分析,通过标定试验测得了试验台结构实际刚度,在分析和标定的基础上优化了试验台的结... 详细信息

试验台系统动态刚度影响大载荷液压阻尼器阻尼特性测试精度。振动载荷作用下试验台系统变形包括结构拉伸变形和螺纹动态游隙,对各部分变形值进行了计算分析,通过标定试验测得了试验台结构实际刚度,在分析和标定的基础上优化了试验台的结构,优化后试验台系统刚度显著提高,使得振动测试结果更加准确地反映阻尼器的液压阻尼特性。文中研究工作为大载荷动态振动试验台的结构设计提供参考。

关键词：阻尼器试验台动态游隙刚度优化

同时考虑构件刚度和预应力的索网结构刚度优化

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空间结构 2019年第4期25卷 27-34页

作者：陈璀邓华姜晓东诸德熙浙江大学空间结构研究中心浙江杭州310058 浙江工程建设管理有限公司浙江杭州320012

同时以单元轴向线刚度和力密度为设计变量,提出一种结构整体刚度的优化方法,使索网在特定荷载作用下能够满足多点位移限值的约束条件.针对索网结构的切线刚度矩阵,建立了以上两类设计变量分别与结构线弹性刚度和几何刚度的解析关系式.... 详细信息

同时以单元轴向线刚度和力密度为设计变量,提出一种结构整体刚度的优化方法,使索网在特定荷载作用下能够满足多点位移限值的约束条件.针对索网结构的切线刚度矩阵,建立了以上两类设计变量分别与结构线弹性刚度和几何刚度的解析关系式.不考虑外荷载变化,推导了两类设计变量与结构位移的近似增量关系,并给出其灵敏度矩阵的解析表达式.针对给定荷载下的索网多点变形约束条件,借助灵敏度矩阵的特征空间性质,提出了一种结构刚度优化的数值策略,并指出优化设计变量与目标位移间存在的效率评价问题.以一个梯形平面马鞍形索网为算例,利用该方法对结构刚度进行优化以使索网在给定荷载下能够满足预先设定的位移场限值要求.计算结果不仅验证了算法的有效性,也反映出进行优化结果的效率评价是必要的.

关键词：索网结构刚度优化构件刚度预应力灵敏度分析

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大型结构抗弯刚度优化设计研究

机械科学与技术 2009年第2期28卷 262-264,272页

作者：谢永和韦家础浙江海洋学院船舶与建筑工程学院舟山316000 浙江国际海运职业技术学院舟山316000

翼身接头弯曲刚度在传递机翼弯曲载荷过程中起着非常关键的作用。根据翼身接头的受力与变形特点,将基于二次规划的准解析法优化理论应用于飞机结构刚度优化设计中,建立了飞机结构刚度优化模型。以主要承力框抗弯刚度为目标函数,优化过... 详细信息

翼身接头弯曲刚度在传递机翼弯曲载荷过程中起着非常关键的作用。根据翼身接头的受力与变形特点,将基于二次规划的准解析法优化理论应用于飞机结构刚度优化设计中,建立了飞机结构刚度优化模型。以主要承力框抗弯刚度为目标函数,优化过程中考虑了尺寸、强度和重量等多种约束工况。在多种载荷作用下,优化了机身主要承力框结构,使优化后的机身主要承力框结构不但满足强度衡准要求,同时使优化后翼身对接接头的抗弯刚度优于原准机。

关键词：大型结构刚度优化抗弯刚度

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无动力储能式辅助负重外骨骼弹簧刚度优化

机械设计与研究 2019年第3期35卷 25-29,36页

作者：朱策策张建军阎强吴锦辉河北工业大学机械工程学院

针对目前重物搬运困难、人体搬运效率低的问题,提出一种含弹簧储能元件的辅助负重下肢外骨骼,并对其刚度进行优化。首先,建立了该外骨骼的运动学模型,明确了各部件的运动关系;其次,通过建立步态支撑周期内的力学模型,确定各关节由负载... 详细信息

针对目前重物搬运困难、人体搬运效率低的问题,提出一种含弹簧储能元件的辅助负重下肢外骨骼,并对其刚度进行优化。首先,建立了该外骨骼的运动学模型,明确了各部件的运动关系;其次,通过建立步态支撑周期内的力学模型,确定各关节由负载产生的力矩与刚度的关系;最后,以各关节由负载产生的有效转矩之和最小为目标、以刚度为参数建立模型,采用遗传算法进行刚度优化,并穿戴实体样机进行实验验证外骨骼性能。结果表明:穿戴对刚度进行优化后的无动力外骨骼可有效降低人体在负重行走时的能耗,减小人体骨骼受力。

关键词：辅助负重下肢外骨骼储能刚度优化遗传算法