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经编机摆动臂的有限元分析及优化设计

发布于:2016-07-27 20:22
有限元分析

      优化设计是将产品或零部件设计问题的物理模型转化为数学模型,运用最优化数学模型理论,采用适当的优化设计方法,并借助于计算机和应用App求解数学模型,从而得出最佳设计方案的一种先进设计方案。有限元分析也同样被广泛应用于结构设计中,采用这种方法对于任意复杂工程问题,都可以通过它们的响应进行分析。随着三维有限元分析技术的发展,最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术会运用到产品设计的各个阶段。优化模型的三个要素即设计变量、目标函数和约束条件,它们可根据不同的设计要求而不同。设计变量可能是某个单元特性的几何参数(如截面尺寸、长度、面积、厚度惯性矩等),也可能是结总体的几何参数或弹性模量等。
      目标函数通常是设计中最重要的特征,如结构质量、体积、转动惯量等。约束条件可能是设计变量的变化范围或变化关系,也可能是结构的设计性能要求,如变形、应力、固有频率等。优化问题本质上是数学规划问题,而优化分析过程则是一系列分析修改的过程,这一过程可重复直到所有条件满足设计要求。
      经编机是一个复杂的多杆机构设备,零件数量多,本研究的经编机是六连杆机构机器,摆动臂是该机构中一个重要零件,在该设备中24根类似结构的零件,该零件的尺寸合理与否直接影响设备的运行速度与振动噪音,因此需对此零件进行机构优化。国内外对经编机机构动力学分析以及经机成圈运动连杆机构的运动学优化设计较多,但已有的研究中都未涉及经编机摆动臂的有限元分析及优化设计
      (1)对结构设计进行改进,包括尺寸优化、形状优化和几何拓扑进行优化。
      (2)从不合理的设计方案中产生出优化、合理的设计方案,包括静力响应优化、正则模态优化、屈曲响应优化和其它动力响应设计优化等。
      (3)进行模型匹配,产生相似的结构响应。
      (4)对系统参数进行识别,还能够保证分析的模型与试验结果相关联。
      (5)灵敏度分析,求解设计目标对每个设计变量的灵敏度大小。
      结构优化提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化,这些方法被广泛用于产品开发过程的各个阶段。
      (1)概念优化设计。适用于产品概念设计阶段,采用拓扑、形貌和自由尺寸优化设计得到结构的基本形状。
      (2)详细设计优化。适用于产品详细设计阶段,在满足产品性能的前提下采用尺寸、形状和自由形状优化技术改进结构。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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