针对某机床结构薄弱件立柱的结构优化设计,提出了一种基于拓扑优化、筋板形式选择与布局以及尺寸优化的结构设计方法。首先利用有限元法(finite element analysis,FEA)对机床整机进行动力学分析,模态分析与谐响应分析结果表明立柱为影...针对某机床结构薄弱件立柱的结构优化设计,提出了一种基于拓扑优化、筋板形式选择与布局以及尺寸优化的结构设计方法。首先利用有限元法(finite element analysis,FEA)对机床整机进行动力学分析,模态分析与谐响应分析结果表明立柱为影响整机动态性能的关键结构件。然后以立柱结构为优化目标,对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布情况设计了立柱的最优基本结构形式,再通过选择抗弯、抗扭刚度较好的W类型筋板进行布局与尺寸优化,得到了最终的立柱优化结构。最后对优化的立柱结构进行验证,分析结果表明:该结构设计方法有效地改善了整机的动态性能,在立柱质量减轻的前提下,优化后的整机前六阶固有频率均得到了不同程度的提高,其中一阶固有频率提高了10%以上;并且机床在x方向上的最大共振峰值下降了49.8%,y方向下降了70.1%,z方向下降了66.2%。展开更多
为了获得具有良好静、动态特性的2-DOF并联柔性结构微动平台,在给出平台新构型的基础上,对其进行尺寸优化设计.基于Stewart并联机构思想并对其进行相应的结构改变,设计出了具有对称双圆弧薄板式弹性单元体的2-DOF并联柔性结构微动平台...为了获得具有良好静、动态特性的2-DOF并联柔性结构微动平台,在给出平台新构型的基础上,对其进行尺寸优化设计.基于Stewart并联机构思想并对其进行相应的结构改变,设计出了具有对称双圆弧薄板式弹性单元体的2-DOF并联柔性结构微动平台新构型.采用悬臂曲梁变形理论给出了平台各方向的刚度表达式,进而通过加权组合法建立了综合考虑各方向刚度的平台尺寸优化的统一目标函数;采用序列二次规划(SQP)法对所建立的数学模型进行了求解.通过实验测试了优化平台与未优化平台的静、动态特性,结果表明:在150 V驱动电压作用下,优化平台x、y方向的位移分别为22.98μm、23.15μm,满足设计要求;优化平台x、y、z方向的固有频率分别为1.731 k Hz、1.722 k Hz、1.725 k Hz,在各方向的动态特性更加均衡;在50 N阶跃输入力作用下,优化平台x、y方向的响应时间分别为18 ms、20 ms,明显快于未优化平台.展开更多
文摘针对某机床结构薄弱件立柱的结构优化设计,提出了一种基于拓扑优化、筋板形式选择与布局以及尺寸优化的结构设计方法。首先利用有限元法(finite element analysis,FEA)对机床整机进行动力学分析,模态分析与谐响应分析结果表明立柱为影响整机动态性能的关键结构件。然后以立柱结构为优化目标,对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布情况设计了立柱的最优基本结构形式,再通过选择抗弯、抗扭刚度较好的W类型筋板进行布局与尺寸优化,得到了最终的立柱优化结构。最后对优化的立柱结构进行验证,分析结果表明:该结构设计方法有效地改善了整机的动态性能,在立柱质量减轻的前提下,优化后的整机前六阶固有频率均得到了不同程度的提高,其中一阶固有频率提高了10%以上;并且机床在x方向上的最大共振峰值下降了49.8%,y方向下降了70.1%,z方向下降了66.2%。
文摘为了获得具有良好静、动态特性的2-DOF并联柔性结构微动平台,在给出平台新构型的基础上,对其进行尺寸优化设计.基于Stewart并联机构思想并对其进行相应的结构改变,设计出了具有对称双圆弧薄板式弹性单元体的2-DOF并联柔性结构微动平台新构型.采用悬臂曲梁变形理论给出了平台各方向的刚度表达式,进而通过加权组合法建立了综合考虑各方向刚度的平台尺寸优化的统一目标函数;采用序列二次规划(SQP)法对所建立的数学模型进行了求解.通过实验测试了优化平台与未优化平台的静、动态特性,结果表明:在150 V驱动电压作用下,优化平台x、y方向的位移分别为22.98μm、23.15μm,满足设计要求;优化平台x、y、z方向的固有频率分别为1.731 k Hz、1.722 k Hz、1.725 k Hz,在各方向的动态特性更加均衡;在50 N阶跃输入力作用下,优化平台x、y方向的响应时间分别为18 ms、20 ms,明显快于未优化平台.
