具有提升功能的新型柔性铰链设计

针对目前具有提升功能的柔性铰链设计较少的情况,设计了一种新型提升平板折展柔性铰链(the lifting lamina emergent joint,L-LEJ),给出了其三维结构,采用伪刚体模型法推导了该提升铰链的拉伸等效刚度计算公式。通过对设计实例进行有限元仿真分析,并与应用公式计算得到的拉伸等效刚度理论值进行对比,得到拉伸刚度的理论值与仿真值基本一致,误差在5%以内,验证了拉伸等效刚度计算公式的正确性。最后,通过9组不同结构参数设计实例的理论计算和仿真分析,进一步验证了该拉伸等效刚度计算公式的有效性。     

大变形柔性铰链的多簧片构型

如何设计大变形的柔性铰链是目前进行柔性铰链研究的方向和热点之一。讨论了几种典型大变形柔性铰链的结构形式及特点,提出了应用多簧片构型设计大变形柔性铰链的参考方法,并根据此方法设计了一种具有较大转动范围的多簧片构型的柔性铰链,应用有限元方法进行了分析及实验研究。实验结果表明,这种多簧片串并联构型的柔性铰链具有较大的转动范围、转动柔度和较小的径向刚度。     

柔性铰链的转动精度改进法

传统切口型铰链在转动时存在转动中心的漂移,如果柔性铰链转动角度不是很大,铰链的转动中心在沿轴向的位移远小于在垂直轴线方向的位移时,则可对柔性铰链转动中心漂移模型进行简化.提出了将连接两刚体的两个切口型铰链正交放置且让转动中心轴线重合,以便抑制柔性铰链转动中心漂移的设计方法.引入了平面虚拟转动中心运动机构,实现了铰链之间的虚拟交叉约束.使用此方法可以对不同切口形状的铰链进行改进,以提高铰链的转动精度.设计了圆弧切口和直角切口的组合铰链,通过有限元仿真与传统形式的铰链进行了比较,仿真结果证明了这种方法的有效性.     

微定位器中柔性铰链结构的有限元分析及改进

微定位器是微机械系统精密加工、纳米技术的重要组成部分，柔性铰链结构则是微定位器的核心部件。利用有限元分析软件ANSYS，对两种常见铰链进行了分析，研究了其几何参数对结构的刚度、运动方向精度的影响；证明了在微动范围内，柔性铰链结构的刚度不随输出点的线位移的大小变化而变化，是常数，且刚度与结构的运动方向精度不成简单的线性关系。在此基础上，提出一种改进型柔性铰链结构，各项性能指标得到了改善。     

基于变分渐近法的双周期梯形波纹板等效模型

双周期梯形波纹板是沿两个平面方向均呈周期性梯形波纹变化的新型轻质结构，现阶段对其力学性能与结构参数之间关系的研究较少，限制了该结构的推广应用。针对该问题，以凸起为中心的典型代表单元单胞为研究对象，利用变分渐近法建立单胞等效刚度的数值计算模型。再通过均匀化技术将双周期梯形波纹板转换为具有相同刚度特性的正交异性板进行分析。基于该方法分别计算出不同结构参数下的等效刚度、宏观变形和屈曲模态，通过与三维有限元模拟结果对比验证等效模型的精确性。计算结果表明：由于形貌变化，双周期梯形波纹板的等效刚度较平板的拉伸刚度降低，弯曲刚度增加；随着凸起间距的增大和板高度的减小，波纹板的拉伸刚度逐渐增大，弯曲刚度逐渐降低；而随着板厚度和腰部长度的增加，弯曲刚度呈上升的趋势。构建模型适用于波纹周期远小于结构尺寸的情况，由于等效板模型的近似能量与原三维波纹板能量尽可能接近（通过对能量泛函变分主导项的渐近扩展分析加以保证），可用于计算不同材料波纹板等效弯矩和等效最大拉压应力等，能有效减少计算量和节省计算资源。     

用于薄膜残余应力检测的微指针放大机构

在MEMS器件中应用的各类薄膜材料在制备过程所产生的残余应力,对器件的性能和可靠性具有较大的影响．设计了一种用于残余应力在线检测的柔性铰链放大机构,并对柔性铰链的结构尺寸与放大机构的角变形和转动刚度的关系进行理论建模,利用FEA软件对3种不同类型柔性铰链的转动刚度进行了数值仿真,为用于残余应力检测的微指针结构的放大机构的优化设计提供了前期研究基础．     

基于概率的柔性铰链机构的优化设计

研究了具有随机参数的平面柔性铰链机构的位移放大和刚度性能的优化问题．从概率统计角度出发，将各设计参数看作随机变量，建立了基于概率的柔性铰链机构优化设计模型，并用Monte Carlo模拟法得到了柔性机构性能及一些约束函数的均值和方差，优化设计求解采用Lagrange乘子法，利用分布函数法将模型中的可靠性约束等价处理为常规约束形式，通过优化设计得到了优化设计向量．根据所得优化设计向量分别得到了机构性能的计算结果，结果表明，当设计参数分散性变大时，优化设计结果偏于保守。     

基于两种柔性铰链压电陶瓷柔顺微夹钳性能分析

柔顺微夹钳在微操作领域和微装配过程中与被夹持物直接接触,作为微操作和微装配系统中的末端微执行器,对实现微操作和微装配任务起重要的作用。设计一种基于直圆柔性铰链和簧片型等腰梯形柔性铰链的柔顺微夹钳机构,通过理论计算推导出等腰梯形柔性铰链的转动精度和转动刚度。采用压电陶瓷驱动方式,实现了位移的放大和夹爪位移的平行移动。建立了柔顺微夹钳的机械伪刚体模型,并利用伪刚体模型法建立了运动学模型,计算出位移放大倍数,得到了输入力、输入位移与输出位移的关系。通过有限元方法对系统建立的模型进行了仿真分析验证,结果表明理论计算结果与仿真结果一致。     

框架-剪力墙结构在水平荷载作用下的弯矩迭代计算

利用框架结构中同时考虑结点转动与侧移的弯矩迭代计算方法,分析了水平荷载作用下框架-剪力墙结构的内力并计算出结构的侧移变形。本方法适用于沿房屋高度方向层间刚度相同或不相同的框架-剪力墙结构,作用有任意分布形式的水平荷载。     

倒圆角柔性铰链位移传动机构的设计和分析

为了减少单方向上的装配空间,设计一种倒圆角柔性铰链的位移传动机构,用于改变压电型直线促动器的力-位移方向。利用Matlab对倒圆角柔性铰链的刚度计算公式编程,分析各设计参数对刚度的影响程度。通过对固定端的柔性铰链的强度分析以及机构的传动要求,确定合理的设计几何参数,并基于ANSYS有限元分析对设计进行验证。结果表明：这种设计方法更加简洁、准确、快捷。为此类传动机构设计提供一定的依据。     

含柔性铰链柔顺机构的驱动性能分析

以含柔性铰链的平面柔顺曲柄连杆机构为研究对象,建立伪刚体模型.通过对伪刚体模型进行动力学分析,推导出一种新的含柔性铰链的平面柔顺机构驱动力矩的计算方法.算式表明,平面柔顺机构的驱动特性与机构中柔性铰链之间存在着内在关系.根据算例分析结果可知,含柔性铰链的柔顺机构的最大驱动力矩可通过改变柔性铰链的刚度和柔性铰链未发生变形时机构的初始位置来减小.计算了当柔性铰链的刚度及初始位置达到最优时最大驱动力矩的缩减比,为平面柔顺机构的优化设计提供了依据.     

基于剪式线性阵列可展结构对称性的动力学分析方法研究

为了研究剪式线性对称阵列可展结构的动力学特性,基于杆系能量泛函,建立剪式单元的等效质量矩阵,继而组装得到剪式可展结构的等效质量矩阵。考虑剪式铰的基本约束关系,利用机械系统动力学方程的增广法建立了适用于任意单元个数的剪式线性阵列可展结构的动力学模型。采用一种高精确度的直接违约校正法对系统的坐标和速度进行修正,避免了数值结果的发散。最后通过多步长Runge-Kutta法完成数值仿真,获得了该机构运动过程中各节点位置、速度及加速度随时间变化的曲线。结果表明:由于剪式可展结构的几何约束以及外载的影响,导致各节点沿阵列方向其对称特性表现较好;同时,在受力一侧,各节点沿x轴动力学特性变化较明显,而非受力一侧,速度、加速度等物理量变化幅度很小。     

平面全柔性并联机构柔性铰链的优化分析

以减小全柔性并联机构中最大应力为目标,通过约束优化算法,并结合ANSYS仿真,研究了3-DOF 4 RRR过驱动并联机构中柔性铰链的优化问题.通过ANSYS建立了全柔性机构的有限元模型,并进行了力学性能分析,给出了机构的性能图谱;建立了全柔性机构中柔性铰链的参数优化模型,采用MATLAB对柔性铰链的最小铰链厚度t和铰链半径R进行优化,并通过ANSYS仿真对优化结果进行检验.检验结果证明,当输出位移一定时,对柔性铰链进行优化后的机构的最大应力比优化前的机构小.     

平面柔性铰链导向机构刚度分析与实验测试

柔性导向机构是精密仪器设计中的一种重要的导向形式,其在导向方向的刚度计算是机构设计的关键技术.基于材料力学的弯矩方程,推导出平面柔性铰链的抗弯刚度解析式,并采用能量法求解出平面柔性铰链导向机构的刚度解析式.为验证解析公式的正确性,设计并加工了平面柔性铰链导向机构,在精密弹簧拉压实验仪上进行刚度测试,实验结果与理论计算结果进行对比,二者的相对误差为4.7%,证实了解析公式的正确性.     

客车粘接式车窗玻璃参数化串联刚度模型

针对建立基于梁单元的客车结构模型的需要,提出了一种车窗玻璃参数化串联刚度模型。以客车车身侧围上部某典型局部为研究对象,对壳-体模型的准确性进行了试验验证;将壳-体模型的应力计算值作为目标应力值,运用参数设计的思想获得串联刚度模型的最优等效弹性模量;改变单元尺寸大小,获得串联刚度模型在不同单元尺寸下的最优等效弹性模量,建立单元尺寸-最优等效弹性模量关系曲线并确定曲线的函数表达式。最后,将两种单元尺寸的模型代入整车进行对比分析,结果证明了参数化串联刚度模型的有效性。     

空间光学遥感器反射镜柔性调节结构设计

针对空间光学遥感器圆形反射镜结构刚度高、热尺寸稳定性差的状况,设计了一种温升变形柔性调节结构,旨在保持结构刚度满足力学要求的同时,使反射镜具有良好的热尺寸稳定性.对柔性结构进行了合理的结构设计,对其力学模型及铰链参数进行分析,并对反射镜组件进行有限元仿真.结果表明:在柔性结构的调节作用下,反射镜在力和热两种环境约束工况下,面形PV值均远小于63.2 nm,满足成像质量要求.证明这种柔性调节结构在实际结构设计中是合理可行的.     

基于简化碰撞仿真模型的概念汽车部件布局优化

提出了基于被动安全的概念车简化模型下的主要部件布局的多目标优化设计方法。首先用多质量弹簧系统等效成整车模型,再用弹簧刚度折线表示各个主要部件的受力关系,用最大相对位移量描述各个主要部件的相对位置关系,即整车结构布局参数,最后使用多目标优化方法以加速度峰值等为目标、整车结构布局参数为参数迭代计算得到优化解。最后通过仿真算例验证了本文方法的有效性。     

空间光学遥感器柔性支撑结构设计

为了在保证空间遥感器系统结构刚度的同时,使结构具有良好的热尺寸稳定性,设计了一种应用于空间光学遥感器的正交双向柔性支撑结构,有效解决了影响反射镜成像质量的力和热两个关键环境约束之间的矛盾,从而保持光学系统组件的有效位置,为遥感器能达到良好的成像质量提供了保证.对柔性铰链结构参数进行分析,并对铰链结构进行设计和性能的有限元仿真分析.结果表明,柔性支撑结构在力和热两种主要环境约束下能有效地保持结构的稳定性.     

基于位移的抗震设计中结构方案选取研究

将高层建筑结构的性能水平划分为3个,即使用良好、保证人身安全和防止倒塌,并用层间侧移角予以量化.建立了各类型高层建筑结构在倒三角分布荷载作用下的侧移模式,进而由各性能水平层间位移角限值确定结构目标顶点位移;导出了结构目标顶点位移与等效单自由度体系等效位移的关系式,根据位移反应谱,由等效位移确定结构在各性能水平的目标周期.由初步设计结构的静力弹塑性分析曲线确定结构刚度退化机理,导出结构各性能水平相应的自振周期比例关系,以结构各性能水平自振周期小于或等于目标周期为依据确定结构最优设计方案.算例分析表明,这种计算方法简单可靠,能够确保结构安全、经济.     

磁性超晶格中的非线性体静磁波

利用等效介质理论，研究了磁性／非磁性超品格中非线性体静磁波的色散性质．取如下位型：y轴垂直于超品格中磁性层和非磁性层的界面，饱和磁化和外磁场沿x轴,波沿y轴或沿x轴传播．在微扰论的三阶近似下，获得了非线性波的色散方程，其中非线性项与波幅的模方成正比．数值结果显示：当波在y轴方向传播时，非线性的作用使波的频率向上漂移或向下漂移，这依靠磁性层的相对厚度和波矢的大小，但是对于在x轴方向传播的静磁波而言，非线性频移是向下的．对于一个适当的微波磁场强度，非线性效应非常明显．