铁路运输在当今的大宗货物运输中起着重要作用。敞车车体是货车的主要组成部件,所以对其进行强度和可靠性评估就显得尤为重要。对敞车车体进行了有限元建模,根据TB/T 1335—1996标准确定载荷工况,通过ANSYS对其进行了不同工况下的静强度与自由模态计算;基于ANSYS/PDS模块,利用蒙特卡罗法对车体等效应力最大工况进行了静强度可靠性及灵敏度分析。结果表明车体的静强度指标满足许用要求;模型在频域上表现正常;许用应力对其静强度的可靠性影响最大。

以高速铁路道岔数控龙门铣床为研究对象。首先运用SolidWorks软件建立了机床的三维实体模型,然后运用Hy?perMesh软件建立机床的有限元模型,通过灵敏度分析找到机床结构的关键尺寸,并使用OptiStruct模块对其进行以柔度和固有频率为目标函数的尺寸优化,计算出了机床的最小柔度为5928.78J,最大1阶固有频率为34.87Hz。最后利用折衷规划法将柔度和固有频率组合成新的函数,并对其进行了多目标优化,优化后机床1阶固有频率提高了18.4%,2阶固有频率提高了17.1%,柔度降低了27.2%,质量降低了4.0%,优化效果良好。该优化方法可以为机床的优化提供参考。

铣削加工过程的工艺参数控制直接影响加工表面质量,为了提高加工过程的稳定性,对铣削工艺参数的稳定域进行研究。首先,利用灰色关联分析将表面粗糙度和残余应力优化为单一表面质量评价指标——灰色关联度,并建立基于响应曲面法的灰色关联度二阶回归模型;其次,对灰色关联度分别进行多参数全局相对灵敏度分析和单参数局部灵敏度分析,确定工艺参数对灰色关联度的影响程度,得到参数的稳定区间和非稳定区间;最后,通过优化稳定区间获得工艺参数的稳定域。研究结果表明,进给速度对铣削表面质量的影响最大,主轴转速次之,轴向切深为不敏感参数。

针对影响高压螺纹插装式溢流阀不同性能间的结构参数存在耦合、难以进行综合性能优化的问题,提出一种多目标粒子群算法对其综合性能进行结构优化。基于高压螺纹插装式溢流阀的结构特征建立启闭特性、调压偏差和稳定性数学模型,基于一阶灵敏度分析结构参数对其动态响应的影响规律,根据结构与性能间映射关系,以开启率、调压偏差、稳定性、动态响应性性能提升为优化目标,以耦合结构参数为变量,建立综合性能优化模型,通过粒子群算法以Pareto集的形式得到耦合结构参数最优解。实验结果表明优化后的高压螺纹插装式溢流阀压力振摆降低22.7%、开启率提高1.5%、压力流量梯度降低14.58%、阀前压力超调量降低14.1%、响应时间缩短9.52%。

为研究无人机水下发射的可行性及其弹射过程动力学性能,对系统主要参数进行影响规律和灵敏度分析。通过研究机械结构和传动系统的耦合特性,建立基于AMESim和ADAMS的水下发射试验系统动力学联合仿真模型,在发射角10°~90°范围内对3种类型无人机进行仿真,得到发射速度随发射角和储气瓶压力的变化规律;利用局部灵敏度分析方法,对储气瓶压力、储气瓶容积、气缸有效面积和行程4个关键参数进行了影响发射速度和加速时间的规律分析。结果表明:在相同压力下,随着发射角的增大和无人机模型质量的减小,其脱离发射架的速度逐渐增大;影响发射速度灵敏度最大的参数为储气瓶压力,随着压力的增大,速度增大的幅度逐渐减小;影响加速过程时间灵敏度最大的参数为储气瓶压力和气缸有效面积。

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%。

绳索驱动的分段式蛇形空间机械臂通常具有相同结构的模块化关节,能够在狭小空间中灵巧操作,其精度是制约机器人发展的主要因素。为了提高蛇形空间机械臂的位置精度,指导蛇形空间机械臂的精度设计,以单个2-DOF关节为对象,提出一种正则化的运动学标定方法。首先,对具有多重映射关系的2-DOF关节的运动学进行分析,通过矩阵全微分理论建立包含所有几何误差参数的误差模型。然后,对2-DOF关节各部件的所有误差源进行灵敏度分析,依据3σ原则和理想的位置精度设计指标指导各部件的公差设计。最后,考虑所有的制造和装配误差,采用正则化方法对2-DOF关节进行误差辨识,用于补偿控制器中的名义运动学模型。结果表明,经过修正后的运动学模型的位置精度提高了50%,验证了运动学标定的有效性。

为提高考虑不确定性因素影响下的直线运动机构轨迹精度,提出了直线运动机构轨迹可靠性灵敏度分析的解析算法。首先,利用等距曲线构造运动轨迹的界限,考虑机构的构件尺寸公差,提出包含机构结构误差和随机误差的误差分析模型,并采用线性化方法导出机构运动误差的统计特征值的解析表达;其次,采用一次二阶矩方法建立了直线运动机构轨迹可靠性分析模型,并推导了机构轨迹可靠度对随机变量均值和方差的灵敏度分析的解析模型;最后,以Hoeken机构为例作了数值计算。

针对采用传统方法设计的立柱静、动刚度存在薄弱和不足的问题，通过建立立柱受力模型，对立柱进行静力分析、模态分析以及谐响应分析，确定立柱静动刚度薄弱的部位和方向；根据分析结果，选取8个结构尺寸为设计变量，以总变形量、前3阶频率加权平均值和质量为优化目标，建立多目标优化数学模型，通过多目标遗传算法和灵敏度分析得到优化结果。结果表明：立柱总变形量减小了5．5％，质量减少了1．2％，前3阶频率加权平均值增加了2．17％，X、Y方向峰值响应分别减小了75．5％、75。44％，达到了优化的目的。

动臂是挖掘机的关键部件，也是主要承力部件。在挖掘机施工过程中，动臂常常受到复杂的瞬态冲击载荷，造成其结构出现裂纹或变形超出范围，而动臂强度、刚度是否满足要求，将直接影响挖掘机工作安全。对动臂进行优化设计，在满足其强度的条件下，可以减轻重量，减少应力集中，使动臂几何尺寸更加合理。利用有限元软件Pro/MECHANICA中的灵敏度分析方法对动臂进行优化设计，能够实现实体建模和有限元分析的无缝集成，并且能够保证有限元分析的精度，可以提高优化设计的效率，对生产实践有着重要的指导意义。