基于ABAQUS的三维有限元抓握手模型的建立与研究

为了获取正常人体手部CT扫描数据,应用逆向工程原理,建立手外表面几何模型和手部骨骼几何模型,并对其进行处理,建立了包括正常人体手部骨骼及手部软组织的三维有限元模型,得到了有限元手模型对手柄模型抓握后手表面压力分布情况。     

虚拟装配中基于生理约束的虚拟手建模与抓持规划

为控制虚拟手准确合理地完成虚拟零件的抓握动作,以方便快捷地实现虚拟装配仿真,在深入分析人手的解剖结构和关节运动生理约束的基础上,提出利用层次结构并借助三维虚拟现实软件EON,建立虚拟手几何模型和实现抓持控制的方法.该方法将手指简化为三关节连杆结构,采用逆向运动学方法,针对待拾取零件的位置计算出在目标位姿下各运动关节的角度值.进而利用关节插值方法,以迭代的方式实现对手部关节链上各个关节的运动控制,仿真结果验证了上述方法的可行性与实时性.     

面向人机协作的CNN手部抓握意图识别

针对机器人在协作过程中对意图理解不充分的问题，自主设计了一种基于触觉感知的手柄作为意图理解的接口，采用柔性触觉传感器将手部抓握压力信息转换成触觉图像信息，并依据操作者的操作习惯定义一系列抓握手势实现对机器人位姿的灵活调整。构建了一种适用于触觉图像识别的卷积神经网络(CNN)分类器，并基于抓握松紧信息构建一种变阻尼导纳控制方法。最后，采用实验室自主研制的幕墙安装机器人并搭载触觉手柄进行人机协作实验，结果表明此类触觉手柄及CNN方法对操作者抓握意图的识别准确率达到98.80%,所提出变阻尼导纳控制能够更加高效的完成人机协作任务。     

基于阵列式触觉传感器的操作意图实时感知

针对协作型机器人,自主研发了一款柔性阵列式触觉传感器,将其封装为可感知人手抓握姿态与力大小的触觉手柄,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的可区分人手松抓握、紧抓握与无意间触碰触觉手柄3种模式状态的方法,识别准确率达到98.2%。提出一种可变导纳控制策略,利用人手抓握手柄状态,实时调节机械臂虚拟阻尼,基于此触觉手柄可实时感知人手局部变换姿态,准确估计操作者操作意图,并将局部感知信息传输给机器人控制其运动,以UR协作型机器人为实验平台,以触觉手柄为感知输入并进行人机交互实验,对机械臂运动精度做了评价。实验表明触觉手柄具有良好的意图感知能力。     

基于知识的航空虚拟维修技术

为解决人体模型驱动效率低、难以优化配置维修资源、不能同步优化维修流程等问题,研究基于知识的航空虚拟维修技术。该技术主要由基于知识的人体模型驱动、维修资源管理和维修流程管理技术组成。首先,基于本体建模航空虚拟维修知识。随后,通过三维模型匹配、感知和识别交互对象;根据对象推送和重用手部交互位姿,以驱动虚拟手。基于工具-紧固件匹配规则、工具配置优先度评价模型,推送能拆装指定紧固件的虚拟维修工具。通过语义相似,检索和重用维修流程模型;在仿真中,提示并修订模型中的各个维修步骤。最后,通过驱动虚拟手抓握维修工具实验和直升机维修仿真案例、验证了该技术的有效性。     

风力机叶片三维建模与压力载荷分析

利用profili软件和solid works建立2.5 MW风力机风轮三维模型,并将三维模型导入CFX中进行模型的流固耦合下流场风轮和叶片变形分析,得到流场域风轮表面压力和叶片表面压力载荷变化的有限元分析结果。结果表明:风轮表面压力迎风面大于背风面,形成压力差使得风轮旋转,背风面压力最大值出现在叶片上边缘区域。额定风速下叶片表面压力非线性分布,中间区域压力值最大,靠近叶片前缘区叶片震荡越大。额定风速和转速下叶片表面压力出现类似线性分布,叶尖到叶根呈现梯度分布状态,最大压力出现在叶尖部位。     

欠驱动康复外骨骼手的设计及试验

为了解决手部丧失运动能力患者的康复训练以及日常生活不便的问题,设计了欠驱动康复外骨骼手。研究了人手的生理结构,由关节间存在的耦合运动,设计了多连杆以及齿轮传动系统,实现欠驱动康复训练。利用解析法建立了单个手指的运动学模型,通过单个手指的运动学模型建立4指的拟合抓握模型,并进行了模拟仿真。建立样机并进行样机实验及运动学仿真,通过结果的对比分析,外骨骼手运动实现了预期的运动且运动合理、误差小。     

用于改善手持工具人机效果的有压反求实验

为减小手持工具使用者承受的压强峰值并提高总体舒适度,设计了有压反求的实验方法,根据人体曲面在压力下的形状得到工具手柄表面曲面.在舒适度问卷中给出舒适度描述词、分析描述词权重并进行统计分析,得到手柄表面曲面贴合程度与舒适度间的定量关系.对问卷评价的结果分析表明,该曲面可改善体表压力分布状况,减小人体表面承受的压强峰值.     

一种结构解耦型变刚度驱动软体手抓握能力分析

为了实现变刚度驱动软体手的精确抓取,设计了一款结构解耦型的变刚度驱动(变刚度与变形驱动)软体手指。建立了软体手指的指尖力模型,并计算了手指指尖力,将实验测试的手指指尖力数据与计算结果进行比较,证明了手指指尖力模型在一定精度范围内能够预测手指的抓握行为。基于软体手指的指尖力模型对软体手的结构尺寸进行设计,并根据设计的软体手进一步研究指腹的抓握能力,通过仿真与实验的相互印证得到了软体手指腹抓取的抓握力模型。仿真和实验结果表明,软体手的抓握能力与手指的刚度、变形驱动能力以及软体手的抓握形态有关。     

基于UG与ANSYS Workbench的齿轮箱体热-结构耦合分析研究

结合虚拟样机技术、有限元分析技术和热应力学理论,使用UG NX8.0建立齿轮箱体的虚拟样机模型。通过UG与ANSYS Workbench14.5的无缝链接,建立了齿轮箱体三维有限元模型;基于有限元理论对有限元模型进行热-结构耦合分析,得到齿轮箱体的温度场分布和热变形,确定了热应力和变形的集中部位,给出了影响温度场分布和热变形的因素。通过对有限元仿真结果分析表明,该热-结构耦合分析所建模型,可为复杂重载传动的发热量大工况下的齿轮箱体的结构设计、集成设计及热量均一优化设计提供可靠分析依据。     

基于蒙特卡罗法和有限元法分析封装焊点中微孔洞对应力的影响

将蒙特卡罗法和有限元方法用于分析球珊阵列封装(BGA封装)焊点中微孔洞缺陷对焊点应力的影响。先用X射线断层扫描方法测定焊点中孔洞大小及其分布规律,然后利用Abaqus有限元分析软件建立BGA封装有限元模型,采用Anand本构方程描述焊点的应力应变响应,分析BGA封装焊点应力分布情况;并针对关键焊点即应力最大的焊点,建立了含孔洞大小和位置呈随机分布的焊点参数化有限元模型,结合试验结果,分析了孔洞直径和位置对焊点应力分布的影响。结果表明:微孔洞直径越小,越接近于焊点的表面,焊点中的应力越大。     

Implementation of Hertz theory and validation of a finite element model for stress analysis of gear drives with localized bearing contact

An analytical approach for stress analysis of gear drives with localized bearing contact based on the Hertz theory is proposed. The proposed approach provides a complete and effective solution of the contact problem but satisfaction of the hypotheses for application of the Hertz theory is its main drawback. On the other hand, a finite element model has been developed and validated in terms of the contact area, maximum contact pressure, pressure distribution, maximum Tresca stress, and Tresca stress distribution underneath the contacting surfaces. Validation of the finite element model is provided for those cases wherein the Hertz theory can be applied. The obtained results confirm the applicability of the proposed approach for gear drives with localized bearing contact wherein edge contact is avoided by surface modifications and whole crowning of tooth surfaces is provided.     

渐开线直齿轮啮合过程中载荷及应力的计算机模拟

基于有限元法,提出了一种渐开线直齿轮在啮合过程中参数化模型的表达方法,建立了能随啮合过程变化自动调整接触区和整体模型的啮合轮齿有限元分析模型,采用有限元弹性接触分析方法对轮齿从啮入至啮出整个啮合周期的接触载荷分配及分布、应力分布的变化等进行了研究。采用该方法可实现用计算机模拟齿轮在啮合过程中载荷及应力的变化。     

基于面压不均匀分布的结合部动力学建模研究

提出了一种基于结合面压力不均匀分布的螺纹固定结合部动力学建模方法。首先,利用Ansys对施加预紧力的装配体整机进行静力学分析,提取结合面处的节点、单元信息及压力分布,基于节点间距离最短的原则对上、下结合面中的节点进行匹配,在匹配好的两节点间建立Matrix27刚度和阻尼单元,以此来描述结合部的动力学特性;其次,基于结合面压力分布及Yoshimura法,求解Matrix27单元中的刚度系数和阻尼系数;最后,将结合部与零部件有限元模型综合成整机有限元模型。对比前四阶理论模态与试验模态可知:理论模态振型与试验模态振型相似且一一对应,理论固有频率与试验固有频率间的误差在0.7%～7.2%范围内,从而验证了该建模方法的有效性。     

旋转控制头密封胶芯性能三维有限元分析与结构优化

为提升带压起下钻过程中旋转控制头胶芯密封性能,基于虚功原理得到动态密封过程的有限元控制方程,并进行橡胶单轴压缩试验确立胶芯变形过程中的Yeoh本构模型;运用ABAQUS试验平台建立胶芯三维有限元模型,通过模拟起下钻过程中胶芯动态密封过程,得出密封面上受力分布规律;研究胶芯内锥角、外锥角、内径等结构参数对密封性能的影响....     

Temperature distribution in the workpiece due to plane magnetic abrasive finishing using FEM

A mathematical model is developed for the prediction of magnetic potential using Maxwell’s equations and finite element method is used to find the magnetic potential distribution within the gap between tool bottom surface and workpiece top surface. From magnetic potential model, the magnetic pressure developed and corresponding heat flux generated on workpiece surface are evaluated. Further a mathematical model is developed for heat transfer in the workpiece and again finite element method is used for the prediction of temperature rise in the workpiece. The effects of various operating input parameter on magnetic potential distribution in the gap and temperature rise in the workpiece has been studied.     

滚子轴承挡边—滚子端面润滑分析

根据流体润滑理论，本文建立了滚子轴承挡边－滚子端面润滑，并编制了有限元计算程序，文中详细分析了端面形状，偏斜角，挡边支托角，间隙等因素对油膜压力的影响。并对滚子偏斜稳定性以及轴向窜动问题作了初步探讨。     

核主泵用流体动压型机械密封温度场的数值研究

考虑流体粘温效应,建立了典型核主泵用流体动压型机械密封三维稳态传热有限元模型。建立了由流体域及密封环组成的二维轴对称共轭传热有限元模型,计算了对流换热系数。在此基础上,采用有限元软件求解三维模型密封温度,分析了流体入口流速以及转速对密封端面温度的影响。结果表明:深槽结构导致开槽静环密封端面温度分布不均匀;流体入口速度几乎不影响温度分布;增大转速,密封端面温度显著升高。     

门座起重机圆筒门架静力学性能分析

运用有限元方法,建立门座起重机圆筒门架结构的有限元模型,对其进行静力学性能分析,得出圆筒门架结构的应力和扰度分布,进行强度和静刚度校核,为设计提供理论依据。     

基于直齿圆柱齿轮的有限元模态分析研究

针对圆柱齿轮的结构特点,应用有限元模态分析理论对其进行了有限元模态分析.本文利用有限元分析软件ANSYS对圆柱齿轮进行有限元建模,采用兰索斯法计算出圆柱齿轮的前五阶固有振动频率和模态振型.然后扩展模态,求出各阶模态的相对应力、相对位移的分布,为圆柱齿轮的改进设计及其动态响应分析提供了参考依据.