含有支架的柔性机构的参数优化设计

发布时间：2017-10-09 19:05

  本文关键词：含有支架的柔性机构的参数优化设计

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【摘要】：随着工业的发展,噪声污染成为了当前十分严重的环境问题。柔性机构具有良好的减振降噪特性,对柔性机构的设计与优化成为了当前研究的热点。本文主要研究了柔性机构参数对固有频率的影响,并对机构参数进行优化。具体研究内容如下：首先,给出一种含有支架的柔性机构,利用ANSYS软件建模,进行模态分析和谐响应分析,在有阻尼和无阻尼两种工况下,研究机构振动特性,观察固有频率与振动特性之间的关系。然后改变机构的位置参数和几何参数,研究参数对固有频率的影响；通过计算对比,找出对机构固有频率影响较大的参数。接着将对固有频率影响较大的参数,通过全面实验设计的方法采集试验点,并求出对应的固有频率。借助径向基函数(RBF)的方法对数据进行插值拟合,构建出代理模型。然后对代理模型进行精度分析,证明了其可靠性。接着,为了使机构在一定的频率下有较好的吸声特性,运用标准粒子群优化算法对代理模型进行多参数优化。首先,对代理模型进行最小固有频率的优化：通过MATLAB编程求出最小固有频率对应的参数值,根据所得的参数值,运用ANSYS进行有限元建模分析,得出ANSYS计算的固有频率,并与优化前模型的频率进行对比分析。研究表明,优化后,机构的固有频率减小了24%。然后对代理模型进行给定固有频率的优化：给定固有频率,采用粒子群优化算法求出对应的参数值；根据所得参数值,将对应的ANSYS计算值和给定固有频率进行对比分析,其误差小于5%,从而得到合适的参数,使得机构固有频率接近给定的固有频率。最后根据所得的代理模型,固定其中任意一个参数,研究另外两个参数对固有频率的影响情况。最后,应用粒子群优化算法对一种正方形柔性机构进行支架位置的双参数优化。首先运用MATLAB中的cubic方法,拟合得到机构固有频率与支架位置之间的关系式；针对此关系式通过MATLAB编程计算,求出最小固有频率对应的支架位置坐标,并在ANSYS中计算出对应的固有频率,并验证该固有频率为机构的最小固有频率。最后,对于给定固有频率,求出对应的多组支架位置坐标,并运用ANSYS求出对应的多组仿真值,将仿真值与给定的固有频率进行对比,相对误差小于5%,从而实现在给定的固有频率下支架位置的双参数优化。
【关键词】：柔性机构 固有频率 径向基函数(RBF) 粒子群优化算法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH122;TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题研究的背景及意义9-11
• 1.2 柔性机构及其研究现状11-13
• 1.2.1 柔性机构简介11-12
• 1.2.2 柔性机构研究现状12-13
• 1.3 结构优化方法13-16
• 1.3.1 几种智能优化算法简介13-14
• 1.3.2 粒子群优化算法的研究现状14-16
• 1.4 本文的主要研究思路及内容16-18
• 2 基础理论18-28
• 2.1 机械振动基础18-23
• 2.1.1 多自由度系统的动力响应18-21
• 2.1.2 振动系统的固有频率和振型21-22
• 2.1.3 传递函数22-23
• 2.2 有限元法基础23-26
• 2.2.1 有限元法23-24
• 2.2.2 动力学分析24-25
• 2.2.3 ANSYS软件介绍25-26
• 2.3 代理模型理论26-28
• 3 柔性机构参数对固有频率的影响28-45
• 3.1 有限元建模及计算29-31
• 3.1.1 建立实体模型29-30
• 3.1.2 加载并求解30-31
• 3.1.3 后处理31
• 3.2 振动特性分析31-33
• 3.3 单一参数对固有频率的影响33-37
• 3.3.1 ZA对固有频率的影响33-34
• 3.3.2 圆柱半径对固有频率的影响34-36
• 3.3.3 薄板厚度对固有频率的影响36-37
• 3.3.4 物块厚度对固有频率的影响37
• 3.4 基于径向基函数(RBF)的代理模型37-41
• 3.4.1 全面实验法38
• 3.4.2 径向基函数(RBF)38-39
• 3.4.3 数据拟合与精度分析39-41
• 3.5 双参数对固有频率的影响41-43
• 3.6 本章小结43-45
• 4 基于粒子群算法的柔性机构参数的优化45-54
• 4.1 粒子群优化算法45-47
• 4.1.1 原始粒子群优化算法45-46
• 4.1.2 标准粒子群优化算法46-47
• 4.2 标准粒子群优化算法(PSO)流程47-48
• 4.3 算例分析48-51
• 4.3.1 最小频率的优化49-50
• 4.3.2 给定频率的优化50-51
• 4.4 结构简化51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 正方形柔性机构支架位置的双参数优化54-61
• 5.1 有限元建模54-55
• 5.2 支架位置对固有频率的影响55-56
• 5.3 精度分析56-57
• 5.4 基于粒子群优化算法二维支架位置的优化57-60
• 5.4.1 最小频率的双参数优化57-59
• 5.4.2 给定固有频率的双参数优化59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

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本文编号：1001874