弹性机构系统可靠性分析与稳健优化设计

发布时间：2017-09-13 16:38

  本文关键词：弹性机构系统可靠性分析与稳健优化设计

  更多相关文章： 精度可靠性 系统可靠性 稳健设计 Kriging模型 弹性机构动力学

【摘要】：高速度、高精度、轻量化是现代机构发展的必然趋势。高速度、轻量化的要求使得机构在工作过程中产生不可忽略的弹性形变,进而影响系统的输出精度。本文以四杆机构为研究对象,系统的开展了弹性机构动力学分析、系统运动精度可靠性分析以及基于运动精度的可靠性稳健优化设计。主要工作如下：1)弹性机构动力学方程的建模与分析。采用瞬时结构假设,忽略刚性运动和弹性运动的耦合项,把系统真实运动看作刚性运动与弹性运动的矢量和,以两节点八自由度梁单元为基础,建立了弹性机构的动力学有限元模型,获得了具有时变参数的系统动力学响应方程,并以弹性四杆机构为例,求解了系统各个节点的弹性变形、单元的动应力等基本信息。2)确定性弹性机构动力学参数敏感性分析。以弹性机构动力学有限元模型为基础,讨论了工作转速、杆件截面参数、材料属性参数以及结构参数对系统响应特性的影响。3)弹性机构系统运动精度可靠性分析。弹性机构系统运动精度可靠性分析需要考察系统输出杆所有位置的影响,通过引入极值统计量,建立了弹性四杆机构系统运动精度可靠性分析的通用模型；为了获得输入参数与系统响应的显式关系,建立了系统输出角度误差的Kriging响应面模型,研究了具有随机杆件截面参数和材料属性参数的弹性机构运动精度可靠性问题。4)弹性机构系统运动精度可靠性稳健设计。在传统刚性四杆机构运动学设计的基础上,以杆件截面参数为设计变量,对弹性四杆机构开展了以成本为目标的系统可靠性优化设计、以系统运动精度为目标的可靠性稳健优化设计以及同时考虑成本和系统运动精度的可靠性稳健优化设计。通过本文研究,对系统弹性响应受截面参数、材料参数、结构参数的敏感程度有了进一步认识；并得到了不同坎值下弹性四杆机构的系统运动精度可靠度；此外,稳健性优化的结果可以对机构的实际设计、制造加工等提供理论支撑与指导。
【关键词】：精度可靠性 系统可靠性 稳健设计 Kriging模型 弹性机构动力学
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 本文研究目的与意义11-12
• 1.2 研究现状12-18
• 1.2.1 弹性连杆动力学研究现状12-14
• 1.2.2 Kriging代理模型研究现状14
• 1.2.3 机构可靠性研究现状14-15
• 1.2.4 可靠性计算的数值方法概述15-16
• 1.2.5 稳健性优化设计研究现状16-18
• 1.3 本文工作18
• 1.4 本章小结18-21
• 第2章 弹性连杆机构动力学分析21-39
• 2.1 刚性机构运动学分析21
• 2.2 运动学分析的数学模型21-25
• 2.2.1 主动构件的运动分析21-22
• 2.2.2 RRR杆组的运动分析22-24
• 2.2.3 弹性连杆机构动力学分析模型24-25
• 2.3 建立单元运动微分方程25-32
• 2.3.1 建立梁单元广义坐标25-27
• 2.3.2 运动学关系27-29
• 2.3.3 建立梁单元运动微分方程29-32
• 2.4 系统运动微分方程的建立32-36
• 2.4.1 系统广义坐标32-34
• 2.4.2 系统微分方程组集34-35
• 2.4.3 动应力计算35-36
• 2.4.4 运动微分方程的求解36
• 2.5 本章小结36-39
• 第3章 弹性四杆机构特性分析39-47
• 3.1 弹性四杆机构计算实例39-41
• 3.2 参数特性研究41-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第4章 弹性四杆机构系统可靠性47-65
• 4.1 弹性四杆机构时变可靠性47
• 4.2 弹性四杆机构时变可靠性分析47-51
• 4.2.1 建立弹性四杆机构系统可靠性模型51
• 4.3 弹性机构系统运动精度可靠性分析51-61
• 4.3.1 Kriging模型的建立52-56
• 4.3.2 模型的误差分析56-57
• 4.3.3 建立弹性四杆机构响应的Kriging模型57-61
• 4.4 系统可靠性分析61-63
• 4.4.1 可靠度计算分析61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第5章 弹性四杆机构稳健优化设计65-79
• 5.1 刚性机构确定性设计65-68
• 5.2 弹性机构优化设计68-70
• 5.2.1 以成本为目标的可靠性优化设计69-70
• 5.3 随机弹性机构稳健性优化设计70-75
• 5.3.1 稳健性优化设计理论70-71
• 5.3.2 多目标优化算法71-72
• 5.3.3 弹性四杆机构稳健优化设计72-75
• 5.4 弹性四杆机构可靠性稳健优化设计75-77
• 5.5 本章小结77-79
• 第6章 结论与展望79-81
• 6.1 结论79
• 6.2 展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 靳春梅,邱阳,张陵;平面弹性机构间隙效应控制研究[J];机械科学与技术;2001年05期

2 靳春梅,邱阳,樊灵,张陵;含间隙弹性机构动态特性分析[J];机械强度;2001年02期

3 刘英卫,郑冬青,苏开鑫,张建国;弹性机构运动功能可靠性分析[J];洪都科技;2001年04期

4 高晓春 ,金芝英 ,张启先;求解高速弹性机构稳态响应的闭式线性多步方法[J];北京航空学院学报;1987年02期

5 王生泽,廖道训,余俊;弹性机构运动微分方程的广义复模态解法[J];华中理工大学学报;1990年S3期

6 张兆东,唐锡宽;高速弹性机构稳态振动响应的一种高效解法[J];清华大学学报(自然科学版);1991年02期

7 张宪民,刘宏昭,曹惟庆;弹性机构动力学方程求解的一种改进方法[J];机械设计与研究;1991年04期

8 王玉新;弹性机构低阶谐振响应不完全同步机理研究[J];机械工程学报;1996年04期

9 刘希玲;十字弹性机构精度性能的研究[J];机械设计;2004年04期

10 王国庆;王帑;张宗涛;贺小平;刘洁;;考虑碰撞和阻尼的弹性机构动力学分析[J];长安大学学报(自然科学版);2008年04期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 林晶;余跃庆;邱银福;;弹性连杆机构动力平衡的实验研究[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王小琼;弹性机构系统可靠性分析与稳健优化设计[D];东北大学;2014年

2 蒋斌;用冗余驱动方法进行弹性机构动力平衡的理论与实验研究[D];北京工业大学;2003年

3 欧玉俊;基于冗余伺服电机法的平面弹性连杆机构平衡的研究[D];东华大学;2012年

4 李冬明;弹性连杆机构的混沌振动研究[D];昆明理工大学;2003年

，

本文编号：844834