基于拓扑优化与正交试验的锚机机架轻量化研究

针对锚机大容量、小体积、长寿命的需求现状,将拓扑优化和正交试验法相结合对机架进行轻量化研究。根据静力学分析结果,建立以锚机机架结构柔度最小为优化目标的拓扑优化模型,对机架进行拓扑优化设计并对模型进行重构,接着对机架进行尺寸优化设计,通过ANSYS模拟正交试验,利用最小二乘法建立回归方程,进而得到机架优化的数学模型进行轻量化计算。对优化设计后的机架进行静力学分析,将分析结果与优化前的分析结果进行对比。结果表明：在满足机架强度和刚度要求的前提下,机架重量减小了15.27%,为锚机轻量化研究提供参考。     

飞机千斤顶机架结构的拓扑优化设计

为实现千斤顶机架的轻量化设计,提高材料的利用率,对机架的4种极限工况进行了静力学分析,通过分析可知机架在这4种工况下的刚度和强度裕量较高,材料不能得到充分利用。对机架进行拓扑优化设计,得到机架结构的最佳材料分布。参照优化后的结构重新建立机架模型,并进行有限元分析,验证结果的可靠性。优化后机架的质量由26.714 kg减小到21.058 kg,减轻了21.17%,在满足使用要求的情况下,提高了材料的利用率。     

某型号涡旋压缩机机架拓扑优化与可靠性研究

为了降低压缩机原料成本,采用Inspire软件对某型号涡旋压缩机机架进行拓扑优化设计,并将原模型和优化后模型进行对比分析。通过数值分析的方法,对抱紧力、止推面间隙和轴承最大变形进行了研究,得出抱紧力只增大3%,机架止推面间隙和主轴承最大变形变化量均小于5μm,说明优化后机架不会对装配工艺产生影响;通过润滑可靠性试验,证实了产品的疲劳磨损和使用寿命均符合标准。通过轻量化设计,在满足装配工艺和工作要求条件下可将自重减小9.8%,为压缩机相关部件的设计研制提供了理论依据。     

基于响应面法的炮口制退器优化研究

为研究炮口制退器综合性能,建立某型火炮带炮口制退器的炮口流场动力学模型,考虑梯形上底边长、扩张半角、梯形的倾斜角和制退器喷口内侧长等结构因素,以制退器效率和炮手位置的冲击波峰值表征炮口制退器综合性能,进行验证、仿真和分析.并且基于正交设计法建立输入输出样本对,利用响应面法,得到设计参数与性能指标之间的非线性映射关系,构建炮口制退器综合性能目标函数,从而可以为炮口制退器综合性能的优化提供一定依据.     

基于新型LQR的四旋翼无人机姿态控制

为四旋翼无人机的姿态稳定控制提出了新的LQR控制器,该控制器能够实现姿态的快速稳定控制并跟踪参考输入。首先,根据假设建立了四旋翼无人机的动力学模型,并在此基础上用泰勒级数展开进行线性化。然后利用线性模型设计了LQR控制器,并对控制器进行了改进。最后使用Matlab/Simulink进行试验仿真,验证了改进后的LQR控制对控制过程响应速度的提高。     

某型号涡旋压缩机机架拓扑优化与轻量化设计

为了降低压缩机原料成本,采用Inspire软件对某型号涡旋压缩机机架进行拓扑优化设计,并将原模型和优化模型对比,质量减轻约1 kg。优化后机架抱紧力与原模型基本一致,止推面间隙差异约为1.9μm,轴承最大变形量为4.9μm,不会影响装配和运转;止推面接触压强分布与优化前没有明显差异。     

基于响应面法的牵引杆轻量化设计

针对牵引杆的轻量化设计问题,提出了采用响应面法与有限元分析相结合的轻量化设计方法。利用多目标优化算法求解响应面法得到的拟合数学模型,然后利用有限元分析方法进行检验和优化。结果表明,轻量化设计后的牵引杆试验机质量为151.77 kg,最大应力值为336.17 MPa,满足预期目标,证明该轻量化设计方法的有效性。     

基于逆向工程和拓扑优化的支座轻量化设计

基于逆向工程与拓扑优化技术完成了支座的轻量化设计。首先通过逆向工程建立起支座三维模型;其次,通过静态有限元应力分析给出优化的约束条件;然后以最小体积分数为优化目标,以最大Von-mises应力和最大位移为约束,以单元密度为设计变量完成支座的轻量化设计。结果表明,在满足所有约束条件下,优化后的支座质量降低了近18%,效果较好。     

基于逆向工程和拓扑优化的转向节轻量化设计

逆向工程与拓扑优化技术广泛应用于汽车零部件轻量化设计,特别是结构轻量化、工艺轻量化等方面。采用逆向工程和拓扑优化方法对某型车辆转向节进行了轻量化的研究。首先采用逆向工程,在转向节的外表面喷涂显像剂,运用手持式三维扫描仪对转向节进行数据采集,基于Geomagic Wrap软件完成转向节点云数据的优化,点云数据封装,建立起转向节三维模型;其次确定转向节优化的边界,对转向节开展静力分析,根据转向节装配要求与设计经验,重构出转向节优化设计空间,以最小体积为优化目标,采用变密度法完成转向节的拓扑优化设计;然后根据拓扑优化设计结果,结合结构制造工艺,重构转向节结构,并开展有限元静力分析验证,最终实现了转向节的轻量化设计。     

基于响应面法的液压机械臂结构优化

为了减轻液压机械臂的自重,降低动力系统能耗,提高控制响应速度,文中采用基于响应面法的结构优化设计方法对某型机械臂进行轻量化设计研究。首先,选取机械臂板材厚度为待优化参数并使用拉丁超立方法进行试验设计抽样;其次,采用多项式拟合方法建立板材厚度和主臂最大米塞斯应力之间的响应面,代替有限元模型提高计算效率;最后,以主臂米塞斯应力为约束边界,以主臂轻量化为优化目标,采用蒙特卡洛法求解优化问题,得到最佳板材厚度。将优化后的参数输入到有限元模型中,验证优化结果的正确性。优化后,主臂总质量降低28%,达到了轻量化设计的目标。也为类似结构的优化设计,提供了良好工程案例。     

基于响应面法的混凝土振动台振动支座结构优化

混凝土振动台是预制构件生产线中的重要设备,主要用于预制构件的振动密实成型。在成型过程中,振动支座受交变载荷作用,导致振动支座的疲劳寿命过低,这就要求振动支座具有良好的机械性能,因此提出一种基于响应面法的振动支座结构优化方法。通过建立SolidWorks和ANSYS Workbench联合仿真平台进行参数化建模,在此基础上建立有限元模型并进行力学分析,利用灵敏度分析筛选出关键尺寸参数,选择中心复合设计方法和克里格法模拟构建响应面模型。再以等效应力最小为优化目标,质量为约束条件,利用多目标遗传算法对振动支座进行结构优化,并对优化前后的振动支座等效应力和疲劳寿命预测结果进行对比分析。结果表明：优化后的振动支座最大等效应力降低了45.86%,疲劳寿命提高了987倍,优化效果显著,对类似振动设备结构优化具有指导意义。     

一种教学用四旋翼无人机系统的设计

设计了一种可用于教学的四旋翼无人机系统,重点介绍了系统框架结构、硬件电路和软件算法.所设计系统可作为无人机应用技术专业装调维修及飞控类课程硬件平台,也可为无人机算法验证提供硬件支撑.经实践验证,所设计四旋翼无人机结构简单、调试组装方便、运行稳定且成本较低,具有一定的推广价值.     

基于响应面法的升降机滚筒线支架轻量化设计

为了降低重量,减少成本,提高市场竞争力,基于响应面法对某型具有弯曲导轨的连续式升降机进料滚筒线支架进行了轻量化设计。采用中心复合试验设计方法进行样本点的采集,利用有限元数值模拟技术获取样本点的响应值。根据所得数据,构建了支架质量和最大等效应力的二阶多项式响应面模型,并进行了精度检验,验证了所构建响应面模型的精确性。以支架质量为目标,强度为约束,基于所构建的响应面模型,建立了支架轻量化设计数学模型,采用序列二次规划算法进行求解,并对优化结果进行了仿真验证。结果表明,优化后的支架强度满足要求,质量减少了11.7kg,减重率达42.5%,轻量化效果显著。     

基于视觉的小型四旋翼无人机自主飞行控制

提出为实现小型四旋翼无人机自主飞行控制,设计一种基于视觉的飞行控制方法,并搭建嵌入式控制架构飞行试验平台。在控制过程中,光流信息与姿态角信息进行融合用于估计无人机水平位置信息,利用获取到的水平位置信息作为内外环结构的比例微分积分(Proportion integration differentiation,PID)控制器外环反馈信息。不同于传统的基于地面站的控制架构试验平台,该飞行系统中采用了一个嵌入式控制架构的试验平台。该平台依靠机载嵌入计算机进行光流计算、运动状态估计,并采用机载飞行控制器执行控制算法。这种嵌入式控制架构工程实现难度高,但更利于实现四旋翼无人机的全自主飞行控制。试验结果表明,提出的设计方法取得了较好全自主飞行控制效果。     

全方位航拍无人机变形机架的创新设计与研究

鉴于常规多旋翼航拍无人机摄像机侧向拍摄时无法兼顾飞行方向上的障碍物而只能拍摄正前方、整机重量影响续航时间、收纳体积较大对运输和存储造成困难、单人操控复杂拍摄任务时难度大等问题,以航拍无人机承载平台的机架为主体设计重点,采用丝杆滑块机构和定长的4杆机构组合,使机架具有变形特性。通过PWM信号控制电路驱动直流减速电机驱动各个模块组件的相对位置和抬高拍摄时的动力输出平面,使整机重心低于动力输出平面且获得更佳的抗风和稳定性能,以提升其拍摄画面的效果;又创新性地将飞行控制与拍摄角度控制进行了独立设计,以提高飞行安全性的同时可实现360°全方位航拍,这将大大降低航拍的拍摄难度甚至复杂的拍摄任务。机架变形特性的研究有助于航拍无人机的承载平台设计。     

基于响应面法某轿车后纵梁支架结构优化

针对某轿车追尾碰撞试验中后纵梁支架的耐撞性优化问题,运用中心复合试验方法合理分布试验点,并结合最小二乘法建立了以三对吸能槽位置为形状变量的刚性墙最大位移、撞击力峰值的响应面模型。采用遗传优化算法对响应面模型进行了优化计算。结果表明,在不影响后纵梁总成和车身其他结构的条件下,优化后的后纵梁支架有较好的吸能槽位置排布,其耐撞性有了显著提升。该优化方法能用较小的计算成本来有效预测和指导工程实践中产品的耐撞性设计,在车身结构和汽车零部件的耐撞性设计中具有一定的实用与推广价值。     

基于响应面法的挖掘机装载动作协调性优化研究

液压挖掘机装载动作的协调性对其系统工作效率影响显著。为改善装载动作的协调性,构建了基于响应面法和带精英策略的非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorted Genetic Algorithm-II,NSGA-II)的多目标优化方法,结合AMESim软件和Virtual. Lab软件搭建仿真模型,深入研究马达排量、溢流压力、减速比以及动臂液压缸直径等关键参数与装载动作协调性之间的关系,并建立了相应的多目标优化函数。研究结果表明:对液压挖掘关键参数进行多目标优化后,其协调性提升了26. 42%,研究结果可作为挖掘机优化设计时液压元件选型的参考。     

永磁直线电机结构参数的DFSS和响应面法优化

在研究潜油直线电机的参数匹配过程中,提出了一种圆筒型永磁同步直线电机结构参数优化设计方法。基于一种六西格玛设计(DFSS)理念,结合数理统计理论,分析了气隙长度、定子轭厚度、齿宽、齿形角、主磁通永磁体有效长度、半闭口槽宽、极弧系数等参数对电机电磁推力及齿槽力影响。以增大推力及降低齿槽力为优化目标,采用2IV 7-3部分析因试验设计法,对电机主要本体结构参数进行筛选优化。分别筛选出了影响电磁推力和齿槽力的显著因子,并利用响应面法建立了相应的非线性数学模型。通过多目标遗传算法获得了Pareto最优解,得出最优结构参数组合。优化前后有限元仿真结果表明:平均电磁推力提升了28.83%,齿槽力降低了18%,推力及齿槽力波动显著减小;基于DFSS和响应面的优化方法用于研究潜油直线电机电磁结构参数优化是可行的。     

基于响应面法的饲喂机器人螺旋输送轴结构优化

以羊只饲喂机器人为研究对象,基于响应面法对输送机构的主要构件螺旋输送轴的结构进行优化.对螺旋输送轴进行受力分析,应用SolidWorks软件建立螺旋输送轴三维模型,采用响应面法建立响应面模型,通过多目标遗传算法得出在螺旋输送轴轴径为50 mm,螺距为140 mm,叶片厚度为2.7 mm的条件下,螺旋输送轴的质量减轻、体...     

正交法/响应面法四点接触桃形沟球轴承参数优化

为研究四点接触型桃形沟球轴承寿命提升问题,以某车床伺服电机中的四点接触球轴承为原始研究模型,以滚子数量、滚子直径、垫片角及轴承游隙为影响因素,以轴承基本额定寿命为目标函数,利于基于正交实验法和响应面法对四点接触球轴承结构参数与寿命延长建立关系,得到载荷F值的大小及等高线图进行判断。结果表明:增加滚子数量与增加滚子直径有利于提升轴承使用寿命;增加垫片角数值可以使轴承寿命先增加后减少再增加;增加轴承游隙使轴承寿命先增加后趋于平稳。该研究方法可使垫片角和轴承游隙对提升轴承使用寿命的影响复杂规律得到线性表达,优化后四点接触球轴承使用寿命提升了54.33%,为该类轴承优化设计提出新的设计思路。