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大过载精密离心机负载盘的优化设计

作　者: 夏丹
导　师: 刘军考；陈维山
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 精密离心机负载盘结构拓扑优化参数优化灵敏度分析
分类号: TH824.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 126次
引　用: 2次
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内容摘要

惯性导航与制导以加速度计敏感、测量运载体加速度为基础,加速度计的精度直接影响到导航与制导的精度和武器系统的作战效能。精密离心机是测试与标定加速度计在过载条件下性能的测试设备。在精密离心机设计阶段,负载盘作为支撑并定位加速度计的关键部件,直接影响到系统精度,因此对其进行理论分析和动态优化设计显得尤为重要。本文阐述了国内外精密离心机的发展过程与研究现状和结构优化设计的基本理论和应用情况,提出了一种先进行概念设计再进行参数设计的优化设计方法。论文以“CTR200g型精密离心机”的研制任务为背景,首先从理论上对引起离心机系统加速度误差的因素进行了定性分析,并且采用了有限元方法对其进行了定量计算,由此提出了负载盘结构优化设计的问题。论文的研究内容主要围绕以下三个方面进行:基于模糊归一优化理论的负载盘的结构拓扑优化设计;编制负载盘的参数优化模型的设计程序;基于灵敏度分析的负载盘结构的参数优化设计。在对负载盘进行拓扑优化设计的过程中,本文采用了均匀化法和变密度法相结合的方法,引入了密度隶属函数和相对密度的概念,从而将传统意义上的拓扑优化问题转换为材料的最优分布问题。为了实现参数优化过程的自动运行和高效率,运用APDL语言编制了参数优化模型的设计程序,并且基于梯度工具进行了设计参数的灵敏度分析,提高了参数优化设计过程的通用性和可靠性。本文完成的离心机负载盘的拓扑优化和参数优化的设计研究,获得了科学可靠的负载盘的设计结构,对提高系统精度、降低额定功率和改善电磁兼容性能具有重要意义,为进一步的工程设计提供了明确的指导方向。本文对优化方法的研究,对其它大型精密结构件重量最轻或性能最优化设计问题的解决具有一般意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 引言  10-12
    1.1.1 课题来源及研究的目的和意义  10-11
    1.1.2 CTR200g 型精密离心机  11-12
  1.2 精密离心机的国内外研究现状  12-13
  1.3 机械结构优化设计的研究现状  13-17
    1.3.1 传统设计与优化设计的比较  13-14
    1.3.2 结构拓扑优化设计的研究现状  14-15
    1.3.3 结构参数优化设计的研究现状  15-17
  1.4 机械结构优化设计的一般步骤  17
  1.5 本文的主要研究内容  17-19
第2章精密离心机系统的加速度误差分析  19-30
  2.1 引言  19-20
    2.1.1 离心机系统的几个基本定义  19-20
    2.1.2 负载盘的相关介绍  20
  2.2 加速度误差分析  20-23
    2.2.1 由理论向心加速度方程求加速度的影响因素  20-21
    2.2.2 向心加速度解析方程的推导  21-23
    2.2.3 向心加速度全相对误差方程的推导  23
  2.3 负载盘组件的有限元分析  23-27
    2.3.1 负载盘的静态特性分析  23-26
    2.3.2 负载盘的动态特性分析  26-27
  2.4 加速度综合误差计算  27-29
    2.4.1 动态半径误差  27-28
    2.4.2 径向失准角误差  28
    2.4.3 加速度综合误差  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章负载盘的拓扑优化设计  30-41
  3.1 引言  30
  3.2 结构拓扑优化设计的相关理论  30-32
    3.2.1 结构拓扑优化设计的必要性  30
    3.2.2 结构拓扑优化设计的分类  30-31
    3.2.3 结构拓扑优化设计的方法  31-32
  3.3 负载盘拓扑优化的数学模型  32-35
    3.3.1 模糊归一化思想  32-33
    3.3.2 负载盘拓扑优化的数学模型  33-35
  3.4 负载盘的拓扑优化设计  35-39
    3.4.1 一次优化设计  35-37
    3.4.2 二次优化设计  37-39
  3.5 概念设计向参数设计的过渡  39-40
  3.6 本章小结  40-41
第4章负载盘设计参数的灵敏度分析  41-50
  4.1 引言  41
  4.2 灵敏度分析相关理论  41-43
    4.2.1 灵敏度分析定义  41
    4.2.2 灵敏度分析的必要性  41-42
    4.2.3 灵敏度分析分类  42-43
  4.3 灵敏度分析方法  43-44
    4.3.1 有限差分法  43
    4.3.2 有限差分法差分步长的确定  43-44
  4.4 负载盘参数设计的灵敏度分析  44-48
    4.4.1 负载盘的参数化模型  44-45
    4.4.2 设计参数的灵敏度分析  45-48
  4.5 本章小结  48-50
第5章负载盘的参数优化设计  50-60
  5.1 引言  50
  5.2 参数优化设计相关理论和优化方法  50-53
    5.2.1 优化设计问题的数学模型  50-51
    5.2.2 优化设计算法  51-52
    5.2.3 优化设计步骤  52-53
  5.3 负载盘参数优化的数学模型  53-55
    5.3.1 负载盘优化参数的选择  53-54
    5.3.2 负载盘优化约束条件的建立  54
    5.3.3 负载盘优化目标函数的确定  54-55
  5.4 负载盘的参数优化设计  55-58
    5.4.1 基于APDL 语言建立参数化模型  55
    5.4.2 负载盘的优化设计  55-58
  5.5 负载盘的优化结果分析  58-59
  5.6 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-66
攻读学位期间发表的学术论文  66-67
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  67
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  67
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  67-68
致谢  68

大过载精密离心机负载盘的优化设计

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