含有支架的柔性机构的参数优化设计

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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。
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