基于等效弹簧的Hybrid-Ⅲ50%仿真假人胸腔结构刚度特性数值仿真

利用LS-DYNA开展整车正面碰撞FRB50和偏置碰撞ODB64仿真分析时,Hybrid-Ⅲ50%仿真假人向前俯冲阶段和回弹阶段的胸压变形曲线与试验结果一致性较差。为此,提出一种基于等效弹簧的Hybrid-Ⅲ50%仿真假人胸腔结构刚度特性数值仿真方法。首先,开展假人在碰撞工况下的受力分析,得到胸腔结构的简化力学模型,并利用弹簧模型等效模拟简化力学模型的刚度特性;其次,通过假人胸部摆锤标定仿真计算,对胸腔结构等效刚度的弹簧K值和阻尼值进行修正;最后,将修正过弹簧刚度和阻尼系数的假人模型应用于整车正面碰撞FRB50和偏置碰撞ODB64仿真分析,并与试验结果对比。结果表明:等效弹簧模拟胸腔结构的刚度模型,各工况下的仿真胸压变形曲线与试验曲线有较好的一致性,可为今后的碰撞假人胸部仿真及损伤评估提供参考。     

阀体搬运自动导向车轨迹跟踪控制

为解决阀体搬运自动导向车AGV在移动过程中，由于质心偏移而出现移动偏离既定轨迹的问题，课题组在建立AGV运动学模型的基础上，基于改进切换函数，设计了滑模变结构轨迹跟踪控制器；在此基础上，引入了基于Lyapunov函数的反馈控制律，得到了一种新型轨迹跟踪控制器。仿真结果表明：所设计的控制器在对目标轨迹实现精确跟踪的同时，实现了位姿误差的快速收敛，具有良好的抗干扰能力。     

基于装配机械弹性车轮的车辆平顺性的油气悬架优化研究

为优化装配大径向刚度机械弹性车轮的越野车行驶平顺性,使用一种装配单筒式油气弹簧的悬架,并利用量子遗传算法对其参数进行优化。在Matlab中首先建立了数学模型描述单筒式油气弹簧的刚度与阻尼特性,探讨了油气弹簧各参数对其性能的影响,并从中选取目标参数。之后建立了包含机械弹性车轮的4自由度半车模型,确定平顺性评价指标,使用量子遗传算法在C级路面白噪声输入下对其进行优化,通过多次计算进行对比,并在不同环境下验证了优化效果。结果表明:量子遗传算法能有效逼近最优值,算法具有较好的稳定性,优化后越野车的平顺性得到了提高。     

新型六自由度铆孔机器人刚度特性研究

针对高端制造业对大型、薄壁及复杂曲面工件的精密、高效和柔性加工的需求，课题组设计了一种基于6 SPU并联机构的 新型步行式铆孔机器人。首先，建立了机构的位置逆解的数学模型；然后，通过螺旋理论推导出机构的雅可比矩阵，同时考虑支链的刚度系数，建立了机构的全 刚度矩阵及刚度模型；最后，对机构在静载荷作用下动平台变形进行了分析，同时分析了机构的刚度特性分布及相关参数对其的影响，并和有限元仿真结果进行 对比，验证了刚度模型的合理性。该研究为自动铆接机器人的结构优化及性能分析提供了参考依据。     

铁路站前框架式挡土型高架结构规划设计

连接铁路客站落客平台和周边道路的高架结构以梁式桥居多，宁杭高铁湖州站的站前北接线高架由于道路线形、建设工期、与客站地块衔接等原因，部分区段采用框架式挡土型结构。采用框架结构初步拟合、路面基层二次找坡、道路面层修正的三步骤方法拟合道路线形；采用箱涵式挡土墙为管线及人员检修预留空间，同时在挡土墙内底填充素混凝土以满足挡墙稳定性要求；在挡土墙的外侧顺道路方向设置钢筋混凝土墙体，增加结构的侧向刚度、改善结构受力；在结构与高填土路基段的交界区域，设置了搭板缓解路面差异沉降，并设置伸缩缝改善车辆行驶的平顺性。可为类似工程提供参考。     

新型大行程高承载力的柔性铰链设计

针对传统柔性铰链在行程、承载力性能方面的不足，难以实现柔性铰链较大的移动范围，课题组提出了一种新型TLET柔性铰链。它是由一系列LET型柔性铰链串并联组成，采用独特的布置方式以增强柔性铰链的移动范围，在安全可靠的工作条件下实现大位移和大承载能力。采用等效成弯曲弹簧的方法推导出等效刚度模型，运用有限元分析的方法对3种材料的柔性铰链进行失效形式分析，从中选出高性能的合适材料。对比了所设计的新型铰链和传统铰链的性能，通过有限元仿真验证了新型柔性铰链设计的可行性。仿真结果表明：对于40 N的最大载荷，铰链沿x轴的最大位移为21.68 mm，z轴方向上的最大位移为25.12 mm，新型铰链的移动行程比传统铰链大1.8倍。文中所设计的铰链可用于工作行程大，负载能力高的机械装备中。     

可调足式机器人腿部机构设计

为实现腿部机构足端轨迹多样化以增强足式机器人地面适应性，同时提高其运动稳定性，课题组基于曲柄摇杆和曲柄滑块机构设计了一种可调整足式机器人腿部机构。采用解析法对该机构进行了运动学分析，建立了以理想的足端轨迹为设计要求的单目标优化模型，考虑了腿部机构运动过程中的平稳性，引入了速度波动指标，以轨迹 速度为设计目标，采用NSGA Ⅱ多目标优化方法对机构进行优化，对优化结果进行了对比分析；基于多目标优化结果建立了腿部机构的足端轨迹库，并进行腿部机构多步态分析；以该腿部机构构建4足机器人三维模型，运用ADAMS对整机进行运动仿真。研究结果表明：多目标优化比单目标优化的轨迹误差增大了0.16%，而速度波动降低了5.84%；多目标优化与已有相关研究相比，速度波动幅值降低了25.44 mm/s。4足机器人三维模型仿真结果验证了可调整腿部机构的设计具有可行性。     

基于模糊PID控制的空气弹簧振动特性研究

针对在粗糙路面行驶时空气弹簧座椅舒适性较差的情况,采用模糊PID控制策略,以人体加速度误差和误差变化率作为输入量,以空气弹簧控制力作为输出量,设计了模糊PID控制器。为验证控制效果,与ADAMS建立的整车模型进行联合仿真,并与被动空气弹簧座椅进行对比分析。仿真结果表明,采用模糊PID控制的座椅系统减振效果得到了进一步改善,提高了人体振动舒适性。     

轮胎模型动态特性及参数分析

基于LuGre摩擦理论对不同路面条件下轮胎动态摩擦力进行仿真分析,表明轮胎在行驶过程中受到的摩擦力有明显的"迟滞"现象,且受到路面条件的影响,能较好地反映轮胎与路面接触时的动态特性。根据轮胎模型建模理论搭建了动态轮胎模型,通过路面附着系数与滑移率曲线对其参数进行分析,选取了合适的轮胎参数进行模型仿真分析,验证了搭建的动态轮胎模型的准确性和鲁棒性。仿真结果表明:基于LuGre理论搭建的动态轮胎模型能较好地模拟车辆行驶过程中轮胎的动态受力特性。     

考虑能耗的多AGV系统路径冲突解决策略

针对多自动导航小车AGV系统路径规划中解决冲突时的部分耗电过快、能耗不平衡问题，课题组提出了一种基于能耗测算的AGV路径冲突解决策略优选方法。首先，对多AGV系统中各AGV的路径基于时间窗进行判定，在此基础上，建立了受负载和时间控制的能耗计算方法，并以系统能耗最低为目标构建AGV冲突消解模型；该模型在考虑AGV自身电量约束下预测各种消解措施下应对的能耗，最终优选出系统能耗最低的冲突解决策略；通过算例与传统冲突消解方式进行对比。研究结果表明：该解决策略可兼顾路径和系统能耗最优，完成任务的能耗较为均衡。该方法可以减少系统内的AGV的充电次数，提高多AGV系统的工作效率。     

考虑5指差异化的外骨骼康复机械手结构设计

针对传统外骨骼康复机械手结构臃肿、适配性低的问题，课题组设计了一款考虑人手5指差异化的连杆滑槽式外骨骼康复机械手。课题组根据人手生物学特征设计了单根手指的结构，并通过分析各关节间的运动关系，构建了单根手指的数学模型；以机械手指关节和人手指关节的旋转中心在运动过程中始终保持重合，及人手运动特性为约束，把机械手指各杆长之和最短作为优化目标，设计了求解该模型的粒子群算法，得到满足康复训练需求且结构紧凑的手指尺寸最优解；在单指优化的基础上改变近端指节长度，保持各手指运动特性不变前提下做出5指差异化设计，经过多次算例计算后得到5指尺寸最优解；最后根据优化结果构建了样机模型，并对模型进行运动学仿真。仿真结果表明：设计的外骨骼机械手指的运动参数符合设计要求，指间运动轨迹特征符合人手运动规律。该机械手满足康复训练要求。     

振动输送机橡胶弹簧优化设计

为了探究橡胶弹簧的结构参数、材料参数和预压量等因素对扭转刚度灵敏性影响，笔者提出一种橡胶弹簧扭转刚度灵敏性研究方法。笔者基于橡胶超弹性及黏弹性理论，构建了橡胶弹簧超弹性 黏弹性本构模型，并在ABAQUS中建立了橡胶弹簧动态分析有限元模型，通过橡胶弹簧动态扭转试验验证了其有限元模型的正确性；基于橡胶弹簧动态分析有限元模型，讨论了橡胶的高度、直径、预压量、硬度、激励频率和扭转角度对橡胶弹簧扭转刚度的灵敏性，获得了各因素对扭转刚度的影响规律；基于灵敏性分析结果，建立了振动输送机能耗优化数学模型，应用遗传算法对振动输送机能耗进行优化。结果显示优化之后振动输送机能耗降低了10.25%。橡胶弹簧扭转刚度灵敏性分析方法对振动输送机橡胶弹簧的开发设计提供了一种设计周期短、计算效率高的方法。     

电动汽车动力电池箱模态分析及结构优化

为解决某型电动汽车电池箱在行驶中发生共振的问题,课题组对该动力电池箱进行有限元建模与模态分析,求解出动力电池箱的模态频率和振型;求解结果与模态试验结果对比分析,验证了有限元模态仿真是准确的。为避免车轮不平衡激励而产生的共振,课题组提出了3种电池箱结构优化方案。仿真分析表明,更改底板材料和增加纵梁结构的方案既实现了结构轻量化,又避免了因路面不平度对动力电池箱产生的共振。该研究为动力电池箱结构的设计与结构优化提供了参考。     

基于非线性车辆模型的行驶状态与路面附着系数估计

路面状况和行驶状态的准确识别是车辆安全行驶和主动控制的重要依据。为了验证车辆行驶状态和路面附着系数估计的有效性,建立了包含Dugoff轮胎模型的四轮三自由度整车仿真模型,提出了基于扩展Kalman滤波理论的车辆行驶状态与路面附着系数估计算法。车辆在设定的双移线路面附着系数分别为0.8、0.7、0.6的工况下进行仿真,对比车辆的运动状态和车辆转向输入激励的趋势的一致性,验证了该模型的合理性。结合该模型计算出的Dugoff轮胎模型纵向和侧向归一化力,通过Matlab编程实现扩展卡尔曼算法估计,算法估算得到的汽车行驶状态参量和路面附着系数与仿真值进行对比。通过结果对比表明,车辆行驶状态估计值与Simulink数值解的均方根误差(RMSE)指标最大值不大于0.03,由于轮胎与路面是动态接触,路面附着系数呈上下波动状,实现了对车辆行驶状态参量和路面附着系数的实时估计,为重型车辆稳定性控制提供了理论基础。     

片弹簧在肉类异形包装制品自动成型模中的应用

为解决肉类异形制品自动化生产的难题,针对目前肉类异形制品手工操作模具柔性成型的特点,通过对柔性元件力学特性的研究与结构要素分析,根据片弹簧设计原理,建立片弹簧计算模型;根据自动化生产对片弹簧变形量与力学稳定性的要求,运用计算模型公式,计算并确定片弹簧的结构参数;通过实例对该模型的正确性和有效性进行了验证。验证结果表明：在肉类异形制品模具柔性成型方面,采用片弹簧作为柔性元件,其在载荷分配、受力稳定性、结构空间等方面表现出来的优点,是圆柱螺旋压缩弹簧所欠缺的,这也正是实现装备自动化所必须解决的关键性技术之一。     

挤吹线缆架结构优化设计

针对挤吹线缆架抗支撑能力不足、使用过程中产品变形量大等问题，课题组对含不同加强筋结构的挤吹线缆架在支撑载荷作用下的力学性能进行了数值仿真研究。利用UG（Unigraphics NX）软件建立了2种挤吹线缆架的有限元模型，在受力面上设计了2种不同的加强筋结构；采用正交试验法设计L9(4)正交表对其主要设计参数进行优化分析；仿真计算了挤吹线缆架在支撑载荷下的响应，比较分析了2种不同模型下的应力分布。实验结果表明加强筋的脱模斜度对产品变形量的影响最大，受力面加强筋的角度对产品所受应力的影响最大。加强筋设计为凸起结构时更利于实际生产及产品的使用。     

基于Matlab环境下油气弹簧非线性仿真研究

本文建立了某油气弹簧的非线性刚度特性的数学模型．在Matlab仿真环境下对其动力学特性进行了仿真分析。仿真结果揭示了油气弹簧良好的非线性变刚度特性．并在此基础上对油气弹簧物理参数变化对系统性能的影响作了进一步的讨论。     

绷缝机橡胶垫隔振性能优化设计

针对绷缝机高速运转时各运动组件产生较大的惯性力和惯性力矩,对机架及其他相关部件产生激励,带来强烈的振动以及噪声,而严重影响机器工作精度的问题,课题组对绷缝机橡胶垫隔振性能进行了优化设计。通过振动理论分析绷缝机橡胶垫对整机振动的影响,建立绷缝机橡胶垫刚度计算有限元模型,评估现有橡胶垫刚度。在此基础上,建立了绷缝机整机多体动力学模型,计算针板处振动位移并与实测结果对比,验证模型的可靠性。基于此模型选取橡胶垫的刚度作为试验因素,利用正交试验法完成橡胶垫刚度优化方案设计,通过仿真计算优化方案针板处振动位移峰值降低了11.7%,表明橡胶垫刚度优化对绷缝机振动性能改善具有一定作用。该方案不用对机器内部结构做任何改变,可实施性强,可作为整机振动性能改善辅助方案。     

建筑结构仿真分析中的可视化技术

从结构仿真分析图形模块与所选择的数值分析方法密切相关这一重要特点出发，介绍了建筑结构仿真分析中在图形建模、构件裂缝表现及再现结构动力反应过程中所使用的三维可视化技术．对不同的数值分析模型（包括分段变刚度单元模型、离散单元模型及多弹簧模型等）所产生的计算结果进行了可视化表达．同时强调了可维护的数据结构和程序结构对于结构仿真系统开发的重要性．     

基于ADAMS的安全阀上料车升降机构动力学研究

为了进一步提高安全阀上料的自动化水平,课题组提出了一种能够独立完成上料工作的自动上料车。上料车升降机构在上料过程中的动力学状况对工作中的运动和稳定性具有较大的影响,因此需要对上料车升降机构进行动力学分析。课题组首先简化固连的复杂刚体,利用SolidWorks三维软件建立简化后的上料车三维模型;然后采用拉格朗日法建立动力学方程;最后将三维模型导入ADAMS进行动力学仿真分析,得到了上料车升降机构运动过程中电机驱动扭矩、螺杆受力和滑动轴承受摩擦力的曲线。结果表明：上料车升降机构在运动过程中具有较高的可靠性和稳定性。该研究为上料车升降机构主要部件的选型制造提供了参考。