双复合平行四杆机构的研究

对柔性铰链机构中导向部分所用的平行四杆机构、复合平行四杆机构、双复合平行四杆机构在静刚度、非线性度等方面进行了对比,着重对双复合平行四杆机构进行相关的参数分析和有限元计算。设计相关实验,验证了双复合平行四杆机构有很好的传动特性。     

直角切口柔性铰链平行四杆机构的屈曲分析

 介绍了研究柔性铰链机构屈曲特性的重要意义。利用材料力学弯曲变形理论的挠曲线近似微分方程建立了计算直角切口柔性铰链平行四杆机构屈曲临界力的数学模型。在简单可靠的实验装置上测试了实际样件的屈曲临界力，并利用商用有限元软件ANSYS 8.0对相应的四杆机构模型进行了非线性屈曲分析。最终结果表明：理论值、实验值以及仿真值都十分接近，但仍存在一定的误差，通过原因分析，证实了存在这种误差的合理性，从而验证了所建数学模型具有较高的参考价值，可以作为柔性铰链平行四杆机构屈曲优化设计的指导理论。     

发动机试验台测力机构柔性梁设计研究

柔性梁的刚度性能影响风洞盒式应变天平的精准度,是发动机试验台测力试验数据精确可靠的重要保证,而柔性铰链更是柔性梁设计的关键所在。首先,借助有限元分析方法对四种典型柔性铰链进行计算分析,优选出综合刚性最好的柔性铰链形式;其次,基于选择的柔性铰链形式,研究三个关键结构参数对铰链刚度的影响;最后,设计五种不同厚度的柔性梁进行有限元分析,并加工实物模型进行加载试验验证。结果表明:铰链宽度b=40mm、半径R=5mm、最小厚度t=4mm时双圆弧柔性梁的综合刚度最好,且侧向柔度大,轴向刚度优;有限元计算值和试验值吻合良好,误差小于5%,表明将有限元方法运用于柔性梁的设计优化是可行、可靠的。     

二自由度平板折展柔性铰链的分析及优化

为提高平板折展机构(LEMs)的灵活性,提出了一种能实现平面内及平面外转动的二自由度柔性铰链。首先,综合椭圆柔性铰链与LET柔性铰链的结构特点,设计了二自由度平板折展柔性铰链;其次,利用弹簧模型推导了该铰链两个方向的转动等效刚度计算模型,并通过设计实例的理论计算与有限元仿真分析对比,验证了两个理论模型的正确性;然后,探讨了各结构参数对铰链两种转动刚度的影响;最后,以提高二自由度平板折展柔性铰链的转动性能为目标,建立了其优化设计模型,并采用自适应粒子群优化算法对该铰链的结构参数进行了优化。优化结果表明:铰链y轴方向转动刚度下降了83.60%,z轴方向转动刚度下降了92.73%,二自由度平板折展柔性铰链两个方向的转动性能都得到了极大的提升,优化结果完全符合预期。     

一种用于机载设备的高精度转动型柔性铰链

 传统铰链应用于机载设备时会产生摩擦、磨损、接触面热梯度等问题,而利用材料变形产生运动的柔性铰链可避免此类缺陷,获得高性能的同时,降低维护成本。现阶段使用的交叉簧片柔性铰链无法满足某些超精密航空机载设备的定位精度要求,因此将交叉点推广到任意位置以改善性能。首先,考虑机械接口,建立了广义交叉簧片柔性铰链的刚度和轴漂模型,从而分析了各个参数与刚度及轴漂的关系,并评估了由于加工因素造成的簧片不等长给性能带来的影响,得到了具有等值刚度和较小轴漂特性的柔性铰链。然后,通过有限元仿真验证了所分析特性的有效性。最后,通过组合提出了一种更大行程的复合柔性铰链,当转角为15°时,且在垂直力作用下,轴漂小于3 μm,精度优于在国外已得到应用的蝶形铰链。     

仿蜻蜓扑翼飞行器机构设计及气动力研究

针对蜻蜒扑翼飞行机理与鸟类单翼飞行机理的不同,设计了一种双翅翼空间四杆扑翼机构,提出了一种非对称刚度柔性翅翼.该翅翼上拍时刚度较小,下拍时刚度较大,上拍时翅翼变形比下拍时翅翼变形大,空气阻力较小,可以提高每个拍动周期中的等效升力,从而有效减小飞行器飞行时的能耗速度,提高飞行效率.基于非定常空气动力学原理,建立了仿蜻蜒扑翼飞行器的动力学模型,对双翼挥拍过程中不同相位差下的升阻特性进行了分析,可为飞行过程中扑动模式的选择提供参考.     

柔性铰链放大式超磁致伸缩致动器磁弹耦合模型

针对超磁致伸缩致动器(GMA)输出位移有限的问题,采用柔性铰链放大机构放大GMA输出位移,利用材料力学理论、拉格朗日动力学方程和有限元法对柔性铰链放大机构的位移放大倍数、动力学特性进行了分析.结合Jiles-Atherton(J-A)模型和二次畴转模型建立了柔性铰链放大式GMA的磁弹耦合模型,并在软件AMESim&Simulink联合仿真环境中进行了数值仿真.制作了柔性铰链放大式GMA样机,对其进行了动态性能实验,仿真和实验表明:经过放大,柔性铰链放大式GMA输出位移可以达到0.4mm;频带宽超过100Hz;所建立的磁弹耦合模型是有效的.      

四杆机构转折圆及其应用

介绍了转折圆的运动学特性，论述了求铰链四杆机构的转折圆，以及利用转折圆进行铰链四杆机构近似直线导向设计的方法。     

Optimal Design of Stewart Platform Safety Mechanism

提出了基于连杆空间优化设计一种在整个杆长范围内可以随意运动的安全机构的思想。通过分析得出了 Stewart 平台型并联机构的 16 种极限状态,利用同伦法和奇异点判别条件对极限状态的奇异点进行了求解,得到连杆长度的最大值,并通过实例分析了机构在极限状态间运动时铰链转角和连杆间距离的变化情况。然后综合考虑各项约束条件,提出了安全机构检验算法。以极限状态的条件数均值最小为优化目标优化机构的所有结构参数,设计出具有较好的全局运动性能的安全机     

民用飞机登机门铰链臂结构优化设计方法研究

民用飞机登机门为了满足应急逃生需求,舱门开关需平稳,不能出现明显晃动。登机门铰链臂作为舱门开关过程中的重要连接结构,刚度要求很高,同时作为多个机构的连接界面,载荷工况种类繁多。针对登机门铰链臂结构的设计,提出了较为全面的设计优化流程方法,包含设计空间的定义、载荷及约束、几何重构步骤和强度校核。结合工程经验、拓扑优化以及厚度尺寸优化,能在少量的设计迭代次数下确定铰链臂的外形及尺寸,减少了铰链臂设计周期,实现铰链臂的轻量化设计,同时结构满足强度、刚度、功能性的要求。对于设计中的关键参数的定义和设置,结合工程经验给出建议,形成的通用方法可以推广至多功能,高刚度要求结构,为类似结构的设计提供了参考模板。     

一种新型双轴半椭圆弹性铰链的设计

运用参数化设计软件Pro/M,分析比较了半椭圆弹性铰链和其他类型弹性铰链的性能特征。同时提出了一种双轴半椭圆弹性铰链,在其他参数保持不变且定绞长的条件下,弹性变形随着绞间距的增加(椭圆长半轴相应减少,其长短轴之比减小)而增加,由此引起的应力也增加。     

融合式内外层结构受力特性分析

重复使用飞行器(RLV)在机身内部安装贮箱,形成融合式内外层结构,其受力特性的分析对减轻结构重量、提高结构可靠性有重要意义。针对RLV融合式内外层结构提出静定结构和静不定结构共三种连接方案,采用有限元分析方法对其进行静力分析;并通过改变内外层结构的厚度,来探究厚度对其传力比例的影响。结果表明:静不定结构连接方式比静定结构更加合理;通过改变厚度的方法来调整轴向载荷在内外层中的分配比例,可以使内外层结构均得到充分利用。     

Alternative statements of optimal load-bearing structure design problems

We analyze the well-known statements of optimal design problems for load-bearing maximum rigidity structures in which a principle of the minimum of total potential energy of structure deformation is used. A version of the generalized statement of optimization problems for processes described by linear equations with a symmetric operator is proposed. On the basis of the version outlined, we present a mathematical algorithm for obtaining beam structures of maximum rigidity, in which the finite element method is used to solve an analytical problem. We give the numerical results of solving two problems of optimal design of maximum rigidity structures that are simulated by cantilever and statically indeterminate beams.     

复杂空间四连杆传动系统的一种算法

1.引言 空间四连杆机构的运动关系是一个空间几何关系。确定四连杆相互位置时,存在着一球面与圆弧相交或两圆弧相交等情况,它们的运动与几何关系都以一些二次联立方程式表达。求解与根的判定都比较复杂,有时还要用迭代方法。本文所介绍的方法采用空间坐标变换,将空间四连杆机构的运动点转换到特定的平面内,利用平面三角形的几何关系求解。所用的方法都是典型的,简便易行,特别适用于计算机计算。     

Design and experiment of concentrated flexibility-based variable camber morphing wing

The morphing wing has a significant positive effect on the aerodynamic performance of the aircraft. This paper describes a leading-edge of variable camber wing with concentrated flexibility based on the geared five-bar mechanism. The driving points of morphing skin formed by the glass fibre composite sheet were optimized to make the skin deformation smooth. A geared fivebar kinematic mechanism rigidly connected to the skin was proposed to drive the leading-edge deformation. Besides, a new kind o...     

航空发动机静不定转子支撑载荷的有限元分析

应用平面应力单元和傅立叶环单元耦合的有限元法对航空发动机静不定转子支撑惯性载荷进行计算,解决了传统的材料力学方法求解静不定转子支撑惯性载荷时的两个缺陷,即当支座和轴承的耦合刚度不可忽略时,很难建立正确的变形协调条件以及当转子不存在明显的轴的特征时,采用梁的弯曲理论将导致较大的误差,同时,该方法将复杂的三维问题转化为二维问题,计算工作量小,速度快,精度及效率高.      

结构的模态转换

 提出一种基于全等变换的模态转换方法,可将振动台模态试验获得的模态,转换成结构处在自由状况下的模态。对方法的合理性做了论述,并佐以例证。     

特大展弦比机翼的特性与设计

大展弦比机翼有明显的升/阻(L/D)优势。但随着机翼展弦比的增大,在机翼结构重量控制条件下,机翼成柔性机翼,飞行中机翼的弹性变形量随速压(1/2ρV2)增大而增大,出现了严重的气动/结构耦合的问题。本文阐述了耦合问题的成因和解决途径,为特大展弦比机翼飞机(长航时无人机)的设计提供参考。     

基于空间RURS机构的三维仿生扑翼机构设计与分析

为实现仿昆虫翼尖的空间“8”字型运动轨迹，设计了一种基于空间revolute-universal-revolute-spherical(RURS)四杆机构的扑翼机构，通过单自由度驱动即可输出三维的空间“8”字轨迹。运用Denavit-Hartenberg参数法建立了空间四杆机构的运动学模型，利用遗传算法对机构进行了优化，得到了利于扑翼飞行的机构参数。基于该空间四杆机构的优化结果，建立了一种微型的扑翼机构虚拟样机，通过ADAMS仿真得到其输出运动并验证了运动学理论计算的正确性。所设计的扑翼机构扑动幅度达到149.8°，扭转角度达到29.9°，且“8”字型扑动规律与昆虫翅膀的运动更为相近。扑翼机构的最大尺寸不超过5.8cm，仿真发现的时间非对称扑动对气动性能有一定提升，对于微型化、轻质化、高效化扑翼飞行器的研究具有重要的参考价值。      

石英摆片激光切割技术研究

针对激光切割技术在典型石英结构——加速度计摆片加工成形中的应用,探讨了激光与石英材料的作用机理,进行了激光切割成形以及消应力试验。在此基础上详细分析了激光切割工艺参数和后处理对石英摆片成形质量的影响,对精密石英结构的制造具有普遍的意义。