非线性弹簧形态优化及可调节恒力装置设计

发布时间：2021-12-21 20:12

　　基于组合结构研究一种可调节恒力装置的设计方法,恒力装置由负刚度非线性弹簧和正刚度线性弹簧组合而成。采用B样条曲线描述非线性弹簧的形态,基于GA算法和非线性有限元法实现非线性弹簧的形态优化设计。根据恒力装置的工作原理,设计线性螺旋弹簧,并分析刚度/强度特性。组合结构的力学性能分析表明恒力装置可以实现输出恒力。为了实现自我保护、输出的恒力大小/方向可调,进行了恒力装置的部组件设计。本文的恒力装置设计方法为平面薄膜天线和太阳电池阵的工程研制提供了技术支撑。 

【文章来源】：宇航学报. 2020,41(12)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

组合弹簧结构方案

工作原理

负刚度非线性弹簧的设计方案如图3所示,初始的形态曲线可以为任意的B样条曲线,需要通过形态优化设计确定最优的形态曲线。非线性弹簧的力学模型可视为平面曲梁,一端固定,另一端为铰接端,铰接端是非线性弹簧的载荷输出点。平面曲梁为细长构件,几何非线性较强,并且能够提供很长的位移行程。平面曲梁的形态可以用B样条曲线来描述,采用B样条曲线的控制点实现非线性弹簧形态的参数化。对于B样条曲线,随着控制点在设计空间内移动,曲线形状也随之调整。因此控制点的重新定位改变了平面曲梁的几何形态,同时也改变了非线性弹簧的力学特性。通过建立非线性弹簧的形态优化设计模型,以B样条曲线的控制点坐标及截面尺寸为优化变量,以非线性弹簧的载荷-位移曲线为优化目标,并在一定的约束条件下即可得到非线性弹簧形态的最优结果,从而实现预先设定的载荷-位移曲线。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3545103