基于模态灵敏度分析的机载控制台尺寸优化

机载控制台杆件较多,结构复杂,尺寸优化过程中设计变量较多,在尺寸优化前必须对其进行灵敏度分析。以多目标拓扑优化后的某机载控制台下台体为研究对象;以下台体各构件的厚度尺寸作为设计变量;以质量为约束条件;以第一、第二阶固有频率作为优化目标进行灵敏度分析。获得了下台体第一、第二阶模态频率及质量对杆件厚度的灵敏度变化情况及第一、第二阶固有频率相对于质量的灵敏度值。以下台体质量作为优化目标函数;结构第一、第二阶模态频率作为约束条件;选择第一、第二阶模态频率对质量的灵敏度绝对值较大的杆件厚度尺寸作为设计变量进行尺寸优化。分析结果表明,尺寸优化后结构的低阶固有频率明显提高,质量稍有减少,具有较好的动态性能。为下台体结构尺寸的确定提供依据。     

高速动车组驱动齿轮箱的约束模态分析与结构改进

以某高速动车组驱动齿轮箱为研究对象,采用APDL语言建立齿轮箱约束模态分析参数化模型,应用弹簧单元模拟轴与箱体之间的结合面,通过有限元分析得到齿轮箱前4阶约束模态振型及其固有频率;运用Sobol局部灵敏度分析方法,确定影响齿轮箱固有频率的关键结构参数,分析关键结构参数对固有频率的影响规律;在此基础上,对关键结构的尺寸参数做出改进,使齿轮箱的1阶、2阶固有频率提高了5％以上,提高了齿轮箱的抗振能力.为高速动车组驱动齿轮箱的改进设计提供了理论依据.     

基于多目标的刨切机床身结构优化设计

以某数控刨切机床身为研究对象,提出一种基于灵敏度分析与结构优化设计相结合,以床身质量、最大静变形和一阶固有频率为优化目标的床身优化设计方法。建立床身有限元模型,对其进行动静态特性分析,通过对床身主要设计参数进行拉丁超立方试验设计,在此基础上,对各设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,确定影响床身质量和床身动静态特性的关键参数,运用多目标优化算法对床身进行优化求解,根据优化结果,得到最佳优化方案。结果表明:床身质量减少 5.82% ,最大静变形减小 6.71% ,一阶固有频率提高 6.11% ,该优化方法在提高床身动静态特性的基础上,减轻了床身质量,为床身优化设计提供理论参考。     

电梯机械系统动态特性的灵敏度分析

对电梯进行动力学建模并对固有频率进行求解,在此基础上,推导出电梯各阶固有频率相对于电梯不同参数的灵敏度计算公式,得出第四阶固有频率相对于刚度参数的灵敏度变化规律,为电梯动态特性的优化提供依据.     

Design and analysis of micro-mass sensor based on I-shaped cross-section cantilever

压电式微质量传感器的测试精度直接依赖于结构频率对质量变化的灵敏程度.本文利用对称槽型梁和压电薄膜组成的对称敏感结构,提出了一种提高传感器灵敏度的结构设计方法,并设计了一种高精度谐振式微质量传感器.建立了结构频率变化对吸附质量敏感性的分析模型,并研究了槽型截面参数、自振频率及振动模态对灵敏度的影响.与矩形截面结构进行了仿真与实验对比,结果表明,相同几何尺寸参数下,槽型截面悬臂梁的一阶自振频率为1 851 Hz,矩形截面悬臂梁的一阶自振频率为1 610 Hz,相应的传感器灵敏度则分别为3.12×104 Hz/g和1.5×104 Hz/g,前者是后者的2倍.该项设计为提高微质量传感器灵敏度提供了一种新思路.     

大型升船机船厢门有限元优化设计

构建了某大型升船机弧形船厢门Ansys有限元模型,定义了16个参数化设计变量。采用最优梯度法,分析了各参数化设计变量对结构质量、最大VonMises应力、最大综合位移及结构第1阶固有频率的灵敏度,筛选了设计变量,评估了状态变量的变化趋势。以船厢门质量为优化目标,以船厢门结构应力、位移及结构第1阶固有频率为状态变量,采用子问题近似法进行有限元优化计算,得到了1组圆整的结构设计参数,满足结构刚度和强度要求,总质量降低22.19%,第1阶固有频率提高4.4%。     

车体设计参数对车体垂向弯曲振动频率的灵敏度分析

采用基于灵敏度分析的车体垂向弯曲刚度优化方法,对车体结构关键参数进行了灵敏度分析,确定了关键设计变量与系统响应的关系,从而得到了结构设计变量（车体结构关键参数）对目标约束函数（车体一阶垂向弯曲振动频率）影响的变化梯度。首先,由欧拉-伯努利梁垂向振动微分方程,结合初始条件和边界条件,得到了自由梁的一阶垂向弯曲振动频率方程;然后,结合车体结构特征,推导和修正了车体的一阶垂向弯曲振动频率解析方程,并以某地铁车体对解析方程进行了有限元的验证;最后,选取车体的6组设计参数进行了车体一阶垂向弯曲振动频率的灵敏度分析。根据研究结果,给出了车体关键参数对其一阶垂向弯曲振动频率影响程度的排序,为列车车体设计相关工作提供了参考依据。     

硅片传输机器人手臂结构优化设计方法

提出一种以硅片传输机器人末端竖直方向上由手臂静变形引起的静偏移为约束、以刚性杆柔性关节系统固有频率为优化目标、以各手臂壁厚为优化参数的硅片传输机器人手臂结构优化设计方法。建立硅片传输机器人刚性杆柔性关节动力学模型,通过系统固有频率分析以及模态分析确定对轨迹精度影响较大的模态为一阶模态与二阶模态;通过分析结构参数对一阶与二阶固有频率影响的灵敏度以及权值选择小臂与末端手臂的质量作为优化参数;建立以手臂厚度为变量、以手臂结构尺寸为约束的手臂挠度模型与末端竖直方向静偏移模型,分析手臂厚度对末端竖直方向静偏移的影响规律并对末端手臂与小臂的厚度尺寸进行优化设计;对结构优化设计前后硅片传输机器人手臂的性能进行对比分析。结果表明:该方法在大幅度降低手臂质量的同时可显著提高硅片传输机器人手臂的一阶与二阶固有频率,大幅度降低了末端竖直方向上的静态偏移及内应力,大幅提高了系统竖直方向上的振动频率。     

基于6σ和目标驱动技术的光电跟踪设备托座多目标优化

根据光电跟踪设备托座的结构特点,构建了托座的三维模型和有限元模型,并基于多目标驱动优化理论,对托座进行多目标优化。利用6σ原则对托座设计参数进行灵敏度分析,得到对托座性能影响较大的参数,将其作为最终优化设计变量;以托座质量、一阶固有频率和最大变形量为目标函数,对托座进行多目标驱动优化。通过多目标驱动优化,达到了在保证总体变形情况下减小托座质量和提高托座一阶固有频率的目的。     

多学科优化在后背门改进设计中的应用

在某SUV车型的背门模态分析中,背门1阶固有频率与发动机及路面的激振频率过于接近,这种情况会导致在日常行驶工况中车门产生共振,影响车门的NVH性能。本文中以对车门质量及1阶固有频率的灵敏度较高的几个构件的材料厚度为设计变量,采用最优拉丁方试验设计方法获得样本数据,并用响应面法构建了背门质量及1阶固有频率的近似模型,利用序列二次规划法对该两个近似模型进行多学科并行优化,在保证背门质量不增加的情况下,显著提高了背门的1阶固有频率。     

基于有限元法的结构优化与灵敏度分析

探讨了用有限元法进行结构优化与灵敏度分析的一般思路 ;介绍了优化与灵敏度分析的基本理论及利用 I-DEAS软件进行优化的过程。以某轻型客车的车架为例 ,选弯曲刚度、扭转刚度和一阶扭转频率为性能约束 ,根据灵敏度分析结果 ,按高刚度、轻质量的要求 ,选择出有效的设计变量进行了重量最轻或性能最优的结构优化 ,并得出相应的结论。     

轿车车身结构动力修改技术应用

应用UG软件建立了某轿车的三维CAD模型，通过接口程序输入ANSYS软件中，对模型进行适当的修改，以进行模型的离散化。对模型的材料、实常数以及约束情况等进行定义后，利用ANSYS提供的求解器进行计算，可以得出模型的各阶模态参数(频率、振型等)。这里基于内积相关度理论，对模型计算结果和实验结果进行频率和振型的相关性分析，以利用试验结果来验证计算结果。在满足相关性的前提下，计算固有频率对车身各钣金件厚度参数的灵敏度，根据使用环境的要求采用结构修改的灵敏度方法对车身结构进行调整，取其中最大的几个作为调整变量或优化设计变量，达到以最小的消耗满足预期的目标。     

Development of multiple performance indices and system parameter study for the design of a MEMS accelerometer

For the design of a MEMS accelerometer, proper performance indices should be defined and employed. Performance indices are obtained using either an experimental method or a numerical method. In the present study, a vibration analysis model of a MEMS accelerometer is introduced to calculate three performance indices: sensitivity, measurable acceleration range, and measurable frequency range. The accuracy of the vibration analysis model is first validated by comparing its modal and transient results with those of a commercial finite element code. Measurable acceleration and frequency ranges versus allowable errors for electrical and mechanical sensitivities are obtained and the effects of system parameter variations on the three performance indices are investigated.     

Modeling and vibration mode analysis of a ball screw drive

Positioning systems for machine tools are generally driven by ball screws due to their high stiffness and low sensitivity to external perturbations. However, as modern machine tools increase their velocity and acceleration of positioning, the resonant modes of these systems could be excited degrading the trajectory tracking accuracy. Therefore, a dynamic model including the vibration modes is required for machine design as well as for controller selection and tuning. This work presents a high-frequency dynamic model of a ball screw drive. The analytical formulation follows a comprehensive approach, where the screw is modeled as a continuous subsystem, using Ritz series approximation to obtain an approximate N-degree-of-freedom model. Based on this model, the axial and angular components of each mode function are studied for different transmission ratios to determine the degree of coupling between them. After that, the frequency variation of each mode was studied for different carriage positions and different moving masses. Finally, an analysis of these results applied to controller design and parameter estimation is also presented.     

轿车白车身骨架低阶模态特性研究

轿车白车身骨架的低阶模态特性对整车振动、噪声等各方面的性能有着重要的影响.以某型三箱轿车为例,应用有限元方法,进行了白车身自由模态的仿真计算与分析,通过各个零件的一阶扭转模态频率的灵敏度分析,得到了影响扭转模态频率的关键框架结构,并对白车身上胶结连接形式和前后风窗玻璃对于扭转模态频率的影响进行了对比分析.可为新车型在设计阶段的模态特性设计与分析提供一定的依据.     

干涉型光纤加速度传感器综合指标的分析与设计

分析了心轴式光纤加速度传感器的相位灵敏度、频率范围与系统结构参数的联系，以及相位灵敏度与频率范围相互之间的制约关系。为了描述这类加速度计的综合指标对结构参数的依赖关系，特别引入了一个重要参数——指标容量。分析研究所得到的结论，对这类加速度计的设计、分析与评价具有参考价值。     

Multi-objective parameter space approach based controller and add-on disturbance observer design

The parameter space approach based robust PI control design methodology for DC motor speed control is proposed in this paper. The multi-objective design requirements like D-stability, phase margin and mixed sensitivity (frequency domain) bounds are mapped into the controller parameter space to determine PI controller coefficients which satisfies the desired user-defined specifications. Besides robust PI controller, an add-on disturbance observer is utilized to enhance the tracking performance and disturbance rejection of the control system. The proposed control scheme is validated by simulations and experiments. The results prove that the effectiveness of the proposed control system against uncertainties in the modeling and disturbances on the system response.

     

高精度内圆磨床结构动态优化设计研究

机床动态优化设计是提高机床加工精度的有效途径。建立了内圆磨床动态优化设计流程，利用灵敏度分析方法，分析了部件筋板布局形式和筋板参数对动态性能的影响。利用模态频率修正技术，考虑部件结构优化时，各部件之间模态频率的分离。部件优化后组成的新磨床与原磨床相比，其第1阶整机固有频率提高17％，对应的第1阶段率的磨头与工件间的振动相对位移量降低10％以上，提高了机床的加工精度，增强了产品的竞争力     

C型弹簧管固有频率灵敏度的有限元分析

以C型弹簧管为研究对象,建立有限元分析模型,并利用ANSYS灵敏度分析技术对影响弹簧管固有频率的主要结构参数进行研究。得出弹簧管固有频率和其主要结构参数之间的关系,为弹簧管的减振设计和进一步的动力学分析提供了理论依据。     

基于ANSYS技术的C型弹簧管国有频率灵敏度分析

这里以C型弹簧管为研究对象，建立了有限元分析模型，并利用ANSYS灵敏度分析技术对影响弹簧管固有频率的主要结构参数进行了研究，得出了弹簧管固有频率和其主要结构参数之间的关系，为弹簧管的减振设计和进一步的动力学分析提供了理论依据。