含间隙新型倒伞型林果收集装置结构设计与动力学研究
这是一篇关于振动采收一体机,仿生机构,折展机构,尺寸优化,间隙,奇异谱熵的论文, 主要内容为林果收集是林果采收过程中较为重要的环节之一,机械化收集对于提高林果业生产力具有重要意义。现存的林果收集装置占地空间较大,将折展机构应用于林果收集装置中可以有效解决该问题,但铰链间隙处副元素间碰撞引起的系统振动会对折展机构的运动精度产生严重影响,不利于折展机构的展开与收拢。本文首先进行振动采收一体机整体结构设计,总共有五部分组成,主要介绍新型倒伞型收集装置的设计过程。该收集装置分为新型折展机构、抱树夹持机构、夹紧环三个部分。对机构进行结构设计和运动学分析,并通过NX二次开发建立参数化设计界面实现伞形弧面的变形设计;本文采用均方差法在MATLAB中对杆件进行尺寸优化,并使用ANSYS分析果实落入收集面后杆件的应力变形情况,判断其强度、变形量是否满足要求。其次在ADAMS中对新型折展机构与新型倒伞型收集机构进行动力学仿真,并建立含间隙铰链接触力模型,通过ADAMS二次开发嵌入机构仿真模型中,研究铰链间隙对机构运动性能的影响。为实现含间隙铰链处副元素之间接触模式判别与接触力求解,基于FORTRAN语言编写接触力计算子程序,并将该程序用于含间隙新型折展机构的仿真计算。然后在MATLAB中编写代码实现奇异谱熵的计算,并使用奇异谱熵对含间隙铰链处的非线性行为进行定量分析。本文提出一种新的非线性定量分析方法为含间隙机构非线性定量分析提供理论参考。最后选择橡塑为原材料对新型倒伞型收集装置进行样机加工,并试验验证加工样机的抱树性以及收展性。选用不同树干直径以及树干表面的树体进行抱树试验,验证了机构的有效性。经过加工样机的收展试验,验证了虚拟样机仿真的正确性。将理论轨迹、考虑铰链间隙轨迹、虚拟样机轨迹与处理后加工样机折展轨迹进行对比,验证了新型折展机构的设计准确性,同时也验证了含间隙铰链接触力模型的准确性。
注塑机械手的结构优化与振动控制
这是一篇关于参数化,有限元分析,拓扑优化,尺寸优化,动力减振器的论文, 主要内容为随着近代注塑行业的蓬勃发展,注塑机械手的设计和改进日益受到人们的关注。本文通过对SolidWorks的API函数进行调用,实现机械手主要零部件的参数化建模。将机械手模型导入有限元分析软件ANSYS中,应用ANSYS对机械手进行有限元分析。通过对该机械手的工作中的典型工况进行分析,得到机械手的静力和动力学特性。通过观察分析结果,可对机械手的基座和主臂梁去除材料,从而实现机械手的轻量化设计。通过对机械手基座和主臂梁选取二个比例分别进行拓扑优化,综合两个比例的拓扑云图对注塑机械手的基座和主臂梁挖孔去掉材料。由于ANSYS拓扑是在静力环境下以结构柔度为优化目标,并且只能显示去除材料的大概位置,并不能确定去除材料部分具体位置和尺寸。本文采用多目标尺寸优化的方法来确定去除材料部分的位置和尺寸,既实现了机械手的轻量化设计,同时又保证了机械手的动态特性。这种拓扑优化和尺寸优化结合的方法,提供了一种机械手轻量化设计的有效方法,并且在本文中得到验证,因此可以用于其他产品的设计中。为了减轻机械手工作中的振动状况,提高机械手的定位精度。本文对振动控制技术进行了探索,并根据机械手的振动状况设计了一种简单实用的弹簧质量减振器。通过对该减振器的减振效果进行验证,并将其应用于注塑机械手。利用有限元分析软件ANSYS对机械手进行仿真分析,结果表明,采用弹簧质量动力吸振器可以有效减轻机械手工作中的振动,提高机械手的工作精度。通过本文的研究,为机械手的设计优化和振动响应控制提高了一种快速可靠的方法,并且可以将这种方法应用于其他产品的设计中。
基于离散变量优化及拓扑优化的大跨度空间结构分级优化方法研究
这是一篇关于自适应交迭变异型遗传算法,尺寸优化,多尺度模型,非线性屈曲分析,拓扑优化的论文, 主要内容为伴随着中国经济的不断发展,国民社会文化活动的需求日渐提高,人们对大跨度空间结构的需求也日益提升。传统空间结构截面设计方案的优劣往往取决于结构设计师的经验,难以充分发挥材料的承载能力,所得设计结构有一定的质量冗余,也并未完全利用大跨度空间结构在空间梯度上的变化所带来的广阔的优化设计空间。另外,受限于施工、制造、规范等要求,使得结构设计还需二次加工。另一方面,以往空间结构优化设计只停留在宏观杆件截面尺寸设计层面,并没有利用先进的优化方法实现细观节点的优化设计,且空间结构中,节点往往处于不同的应力服役状态,得到确切的节点受力边界条件尤为困难,难以达到宏观结构轻量化,细观节点刚度最大化的匹配设计。因此,本文针对大跨度空间结构宏观结构-细观节点的分级优化问题,提出了改进的智能优化算法与多尺度模型相结合的优化策略,研究了多平台优化系统实现空间结构杆件尺寸优化设计的方法与面向增材制造约束的节点拓扑优化设计方法。主要研究内容及结论如下:(1)针对传统智能优化算法的各项不足,本文通过全操作链条的改进,得到了适用于离散变量优化的自适应交迭变异型遗传算法(AVOGA)。采用三个算法测试函数和十杆桁架寻优问题,对比了AVOGA算法和传统智能优化算法的各项性能指标,结果表明:该AVOGA算法收敛速度快,算法稳定性好,不易落入局部最优解陷阱。(2)基于本文所提改进AVOGA算法,建立多平台数据交互协同优化设计系统,建立满足规范和概念设计的多约束、离散型优化设计模型,并对一单层网壳在单工况、多工况下的杆件截面尺寸进行了优化设计。研究表明:合理的杆件分组与截面取值能有效降低用钢量,且更充分发挥了杆件材料的承载能力。另外,改进后的AVOGA算法适用于求解复杂结构优化问题,且得到的优化结果对比传统算法而言更为合理。(3)节点找形的合理性是基于精确受力状态的提取为前提的,而传统二次分析法提取节点内力往往有误差。基于并行一致多尺度原则,本文考虑初始几何缺陷的双重非线性屈曲,采用多点约束法建立了不同类型的多尺度模型。相较于一致单元模型,多尺度模型不仅节约了计算时间,而且可以全过程追踪、考察节点刚度、塑形分布对结构计算结果的影响,实现了宏观结构向细观节点的内力边界过渡,验证了多尺度模型的准确性和适用性。(4)空心球节点是空间结构中常用的节点形式之一,而在此基础上的创新性节点具备更优的空间力学性能,但其可制造性受限于外形的奇异多变。本文基于对不同节点分类的多尺度模型的截面尺寸优化结果,采用多尺度模型得到了关于待优化节点内力边界条件,构造了基于空心球节点的节点核优化设计域,将增材制造约束条件纳入变密度法优化算法之中,通过沉积熔融技术实现了增材制造,其节点优化结果在保证质量更轻的前提下,兼具合理的受力性能和视觉美观效果,实现了力与美的融合。
注塑机械手的结构优化与振动控制
这是一篇关于参数化,有限元分析,拓扑优化,尺寸优化,动力减振器的论文, 主要内容为随着近代注塑行业的蓬勃发展,注塑机械手的设计和改进日益受到人们的关注。本文通过对SolidWorks的API函数进行调用,实现机械手主要零部件的参数化建模。将机械手模型导入有限元分析软件ANSYS中,应用ANSYS对机械手进行有限元分析。通过对该机械手的工作中的典型工况进行分析,得到机械手的静力和动力学特性。通过观察分析结果,可对机械手的基座和主臂梁去除材料,从而实现机械手的轻量化设计。通过对机械手基座和主臂梁选取二个比例分别进行拓扑优化,综合两个比例的拓扑云图对注塑机械手的基座和主臂梁挖孔去掉材料。由于ANSYS拓扑是在静力环境下以结构柔度为优化目标,并且只能显示去除材料的大概位置,并不能确定去除材料部分具体位置和尺寸。本文采用多目标尺寸优化的方法来确定去除材料部分的位置和尺寸,既实现了机械手的轻量化设计,同时又保证了机械手的动态特性。这种拓扑优化和尺寸优化结合的方法,提供了一种机械手轻量化设计的有效方法,并且在本文中得到验证,因此可以用于其他产品的设计中。为了减轻机械手工作中的振动状况,提高机械手的定位精度。本文对振动控制技术进行了探索,并根据机械手的振动状况设计了一种简单实用的弹簧质量减振器。通过对该减振器的减振效果进行验证,并将其应用于注塑机械手。利用有限元分析软件ANSYS对机械手进行仿真分析,结果表明,采用弹簧质量动力吸振器可以有效减轻机械手工作中的振动,提高机械手的工作精度。通过本文的研究,为机械手的设计优化和振动响应控制提高了一种快速可靠的方法,并且可以将这种方法应用于其他产品的设计中。
基于离散变量优化及拓扑优化的大跨度空间结构分级优化方法研究
这是一篇关于自适应交迭变异型遗传算法,尺寸优化,多尺度模型,非线性屈曲分析,拓扑优化的论文, 主要内容为伴随着中国经济的不断发展,国民社会文化活动的需求日渐提高,人们对大跨度空间结构的需求也日益提升。传统空间结构截面设计方案的优劣往往取决于结构设计师的经验,难以充分发挥材料的承载能力,所得设计结构有一定的质量冗余,也并未完全利用大跨度空间结构在空间梯度上的变化所带来的广阔的优化设计空间。另外,受限于施工、制造、规范等要求,使得结构设计还需二次加工。另一方面,以往空间结构优化设计只停留在宏观杆件截面尺寸设计层面,并没有利用先进的优化方法实现细观节点的优化设计,且空间结构中,节点往往处于不同的应力服役状态,得到确切的节点受力边界条件尤为困难,难以达到宏观结构轻量化,细观节点刚度最大化的匹配设计。因此,本文针对大跨度空间结构宏观结构-细观节点的分级优化问题,提出了改进的智能优化算法与多尺度模型相结合的优化策略,研究了多平台优化系统实现空间结构杆件尺寸优化设计的方法与面向增材制造约束的节点拓扑优化设计方法。主要研究内容及结论如下:(1)针对传统智能优化算法的各项不足,本文通过全操作链条的改进,得到了适用于离散变量优化的自适应交迭变异型遗传算法(AVOGA)。采用三个算法测试函数和十杆桁架寻优问题,对比了AVOGA算法和传统智能优化算法的各项性能指标,结果表明:该AVOGA算法收敛速度快,算法稳定性好,不易落入局部最优解陷阱。(2)基于本文所提改进AVOGA算法,建立多平台数据交互协同优化设计系统,建立满足规范和概念设计的多约束、离散型优化设计模型,并对一单层网壳在单工况、多工况下的杆件截面尺寸进行了优化设计。研究表明:合理的杆件分组与截面取值能有效降低用钢量,且更充分发挥了杆件材料的承载能力。另外,改进后的AVOGA算法适用于求解复杂结构优化问题,且得到的优化结果对比传统算法而言更为合理。(3)节点找形的合理性是基于精确受力状态的提取为前提的,而传统二次分析法提取节点内力往往有误差。基于并行一致多尺度原则,本文考虑初始几何缺陷的双重非线性屈曲,采用多点约束法建立了不同类型的多尺度模型。相较于一致单元模型,多尺度模型不仅节约了计算时间,而且可以全过程追踪、考察节点刚度、塑形分布对结构计算结果的影响,实现了宏观结构向细观节点的内力边界过渡,验证了多尺度模型的准确性和适用性。(4)空心球节点是空间结构中常用的节点形式之一,而在此基础上的创新性节点具备更优的空间力学性能,但其可制造性受限于外形的奇异多变。本文基于对不同节点分类的多尺度模型的截面尺寸优化结果,采用多尺度模型得到了关于待优化节点内力边界条件,构造了基于空心球节点的节点核优化设计域,将增材制造约束条件纳入变密度法优化算法之中,通过沉积熔融技术实现了增材制造,其节点优化结果在保证质量更轻的前提下,兼具合理的受力性能和视觉美观效果,实现了力与美的融合。
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