تحقیق در مورد مبنای نظری بهینه سازی طراحی لولاهای انعطاف پذیر و مکانیسم های انعطاف پذیر بدن1

چکیده: این تحقیق بر مطالعه ماتریس انعطاف پذیری لولاهای انعطاف پذیر گرد مستقیم پرتو است. روش محاسبه تحلیلی برای تغییر شکل در هواپیما از لولا بر اساس تئوری پرتو کانسیلر مشتق شده است. مدل تحلیلی حلقه بسته برای ماتریس انعطاف پذیری ایجاد شده است و یک فرمول محاسبه ساده برای ماتریس انعطاف پذیری هنگام در نظر گرفتن شعاع گوشه و ضخامت لولا ارائه می شود. علاوه بر این ، یک مدل عنصر محدود از لولا برای تأیید صحت مدل تحلیلی تهیه شده است. خطای نسبی بین مقادیر تحلیلی و شبیه سازی پارامترهای ماتریس انعطاف پذیری برای پارامترهای مختلف ساختار لولای مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که مدل تحلیلی دقیق است و خطاهای نسبی را می توان در حد قابل قبول کنترل کرد.

لولا های انعطاف پذیر به دلیل مزایای وضوح حرکت بالا ، بدون اصطکاک و فرآیند تولید ساده ، در دستگاه های دقیق مورد استفاده قرار می گیرند. این لولا به تغییر شکل الاستیک خود برای انتقال یا تبدیل حرکت ، نیرو یا انرژی متکی هستند و نیاز به اجزای سفت و سخت را از بین می برند. پارامترهای اصلی یک لولا انعطاف پذیر به طور مستقیم بر خصوصیات پویا آن و دقت موقعیت یابی نهایی تأثیر می گذارد. تحقیقات قبلی بر انواع مختلفی از لولا های انعطاف پذیر متمرکز شده است ، اما مطالعات محدود بر روی لولا های خمیده گرد پرتو مستقیم انجام شده است. این مقاله با هدف پر کردن این شکاف تحقیق با مطالعه ماتریس انعطاف پذیری چنین لولا انجام شده است.

1. ماتریس انعطاف پذیری لولاهای انعطاف پذیر پرتوی مستقیم:

لولای انعطاف پذیر پرتو مستقیم یک ساختار ورق با گوشه های گرد برای جلوگیری از غلظت استرس است. پارامترهای هندسی Hinge شامل ارتفاع ، طول ، ضخامت و شعاع فیله است. یک مدل تحلیلی حلقه بسته برای ماتریس انعطاف پذیری لولا بر اساس روش محاسبه تحلیلی مشتق شده برای تغییر شکل در هواپیما ایجاد می شود. پارامترهای ماتریس انعطاف پذیری برای پارامترهای مختلف ساختار لولا مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند و خطای نسبی بین مقادیر تحلیلی و شبیه سازی محاسبه می شود.

2. تأیید عناصر محدود ماتریس انعطاف پذیری:

برای اعتبارسنجی صحت مدل تحلیلی ، یک مدل عناصر محدود از لولا با استفاده از نرم افزار UGNX Nastran ایجاد می شود. نتایج شبیه سازی لولا که با نیروی واحد/لحظه بارگذاری شده است با مقادیر تحلیلی مقایسه می شود. خطای نسبی بین مقادیر تحلیلی و شبیه سازی پارامترهای ماتریس انعطاف پذیری برای نسبت های مختلف طول لولا به ضخامت (L/T) و شعاع گوشه ای به ضخامت (R/T) تجزیه و تحلیل می شود.

2.1 تأثیر L/T بر پارامترهای ماتریس انعطاف پذیری:

خطای نسبی بین مقادیر تحلیلی و شبیه سازی پارامترهای ماتریس انعطاف پذیری در 5.5 ٪ مشخص می شود که نسبت L/T بیشتر از یا مساوی 4 باشد. برای نسبت های کمتر از 4 ، خطای نسبی به دلیل محدودیت فرض پرتو باریک به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. بنابراین ، مدل تحلیلی حلقه بسته برای لولا با نسبت های بزرگتر L/T مناسب است.

2.2 تأثیر R/T بر پارامترهای ماتریس انعطاف پذیری:

خطای نسبی بین مقادیر تحلیلی و شبیه سازی پارامترهای ماتریس انعطاف پذیری با افزایش نسبت R/T افزایش می یابد. برای نسبت بین 0.1 و 0.5 ، خطای نسبی می تواند در 9 ٪ کنترل شود. برای نسبت بین 0.2 و 0.3 ، خطای نسبی می تواند در 6.5 ٪ کنترل شود.

2.3 تأثیر R/T بر پارامترهای ماتریس انعطاف پذیری ساده:

فرمول های تحلیلی ساده برای پارامترهای ماتریس انعطاف پذیری با توجه به نسبت R/T ارائه شده است. خطای نسبی بین مقادیر تحلیلی ساده و مقادیر شبیه سازی با افزایش نسبت R/T افزایش می یابد. برای نسبت بین 0.3 و 0.2 ، خطای نسبی به ترتیب می تواند در 9 ٪ و 7 ٪ کنترل شود.

مدل تحلیلی حلقه بسته توسعه یافته از ماتریس انعطاف پذیری برای لولا خمیده گرد پرتو مستقیم ، مبنای نظری برای طراحی و بهینه سازی لولا و مکانیسم های انعطاف پذیر فراهم می کند. صحت مدل از طریق شبیه سازی های المان محدود تأیید می شود ، و خطاهای نسبی برای پارامترهای مختلف ساختار لولا در محدوده قابل قبول هستند. این تحقیق به درک و کاربرد لولاهای انعطاف پذیر گرد مستقیم در دستگاه های مختلف دقیق کمک می کند.