基于响应面法多自由度微机电陀螺的优化设计 被引量：1

1

作者 郝淑英 孟思 +2 位作者 张琪昌 冯晶晶 陈炜 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期113-120,共8页

为提高多自由度微机电陀螺的灵敏度及带宽的鲁棒性,提出了一种依据特征分析确定约束条件的新方法,即从参数限定的角度对结构参数对微机电陀螺动态性能的影响特征进行提取,以此为依据确定优化设计的约束条件,结合响应面法对多自由度微机... 为提高多自由度微机电陀螺的灵敏度及带宽的鲁棒性,提出了一种依据特征分析确定约束条件的新方法,即从参数限定的角度对结构参数对微机电陀螺动态性能的影响特征进行提取,以此为依据确定优化设计的约束条件,结合响应面法对多自由度微机电陀螺的灵敏度及带宽进行了优化设计。优化后灵敏度最高提升了19%,相应的带宽也提升了11%;带宽最高提升了28%,相应的灵敏度则提升了16%。结果表明了该优化方法的有效性,同时仿真分析结果也验证了优化分析结果的可靠性。 展开更多

关键词 多自由度微机电陀螺 灵敏度 带宽 特征提取 响应面法

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基于遗传算法的多自由度振动陀螺仪优化设计 被引量：3

2

作者 郝淑英 朱玉伦 +2 位作者 孟思 张琪昌 刘君 《天津理工大学学报》 2020年第2期1-6,共6页

针对微陀螺仪灵敏度与带宽的制约问题,通过一种新型的生物进化遗传算法,提出了一种基于灵敏度和带宽最优化的优化设计方法.编写了多目标遗传算法的相关程序,该方法基于特征提取确定约束条件,以微陀螺振动系统振子质量比、结构频率比以... 针对微陀螺仪灵敏度与带宽的制约问题,通过一种新型的生物进化遗传算法,提出了一种基于灵敏度和带宽最优化的优化设计方法.编写了多目标遗传算法的相关程序,该方法基于特征提取确定约束条件,以微陀螺振动系统振子质量比、结构频率比以及弹性梁刚度系数比为设计变量,灵敏度与带宽为设计目标,采用多目标遗传算法对模型进行优化.以双检测单驱动三自由度微机械陀螺仪为研究对象进行分析与优化,获得的灵敏度和带宽与二次序列规划算法(SQP)相比分别提升了18 dB和2 175 Hz.结果表明,采用该方法对微陀螺仪的性能进行分析和优化,能在大大提高优化效率的同时有效提高灵敏度与带宽,达到提升多自由度微陀螺性能的目的,为微机械振动陀螺仪的优化设计提供了新的有效方法. 展开更多

关键词 多自由度微陀螺 优化设计 特征提取 遗传算法

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Z型梁-质量块结构内共振频率的参数设计

3

作者 王赛 郝淑英 +2 位作者 何赢男 张昆鹏 张琪昌 《天津理工大学学报》 2023年第1期48-52,共5页

内共振频率设计是将内共振应用于工程的前提,采用哈密顿原理推导了Z型梁-质量块结构的运动控制方程和边界条件,进而得到结构的固有频率。通过调节折叠角度和质量块质量进行结构的内共振频率设计,并给出不同频率比的参数范围。结果表明:... 内共振频率设计是将内共振应用于工程的前提,采用哈密顿原理推导了Z型梁-质量块结构的运动控制方程和边界条件,进而得到结构的固有频率。通过调节折叠角度和质量块质量进行结构的内共振频率设计,并给出不同频率比的参数范围。结果表明:随着折叠角度的增加,1阶固有频率逐渐增大,而2阶固有频率具有先减小后增大的趋势。在较大的折叠角度下,调节质量块的质量能够分别满足1:2,1:3,1:4的频率比条件。 展开更多

关键词 Z型梁 折叠角度 内共振 频率比

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科氏效应微机械陀螺的驱动结构优化设计

4

作者 史归回 郝淑英 +3 位作者 麦名豪 张昆鹏 张香玲 王文 《天津理工大学学报》 2023年第4期8-14,共7页

科氏力影响微陀螺的检测输出,从而影响陀螺仪的实际工作性能。以一种4自由度微陀螺为研究对象,在推导动力学方程的基础上,采用复指数法求解驱动及检测方向的幅频响应;考虑驱动结构参数对科氏力的影响,通过无量纲化及约束条件确定驱动结... 科氏力影响微陀螺的检测输出,从而影响陀螺仪的实际工作性能。以一种4自由度微陀螺为研究对象,在推导动力学方程的基础上,采用复指数法求解驱动及检测方向的幅频响应;考虑驱动结构参数对科氏力的影响,通过无量纲化及约束条件确定驱动结构参数范围;在检测结构优化的基础上,结合响应面法和遗传算法对驱动结构进行优化。结果表明:科氏力与驱动结构的频率特性有关,驱动质量比与结构频率比对科氏力具有较显著的影响。优化驱动结构参数后,方案A的灵敏度提高了1.419%,牺牲了6.009%的带宽;方案B灵敏度提高了0.616%,而带宽下降较少。 展开更多

关键词 科氏力 微陀螺 响应面法 遗传算法

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基于CFD的洗扫车水力系统的喷嘴分析与优化

5

作者 朱玉伦 郝淑英 +1 位作者 刘君 张琪昌 《天津理工大学学报》 2021年第4期16-21,共6页

在某重工所生产的系列洗扫车上,扇形喷嘴是产生高压水射流的核心元件,其性能的优劣直接影响洗扫车的清洗质量和效率。本文以打击力和水流量为优化目标,采用正交实验法对某重工所生产的系列洗扫车水力系统的某型号扇形喷嘴的收缩段角度... 在某重工所生产的系列洗扫车上,扇形喷嘴是产生高压水射流的核心元件,其性能的优劣直接影响洗扫车的清洗质量和效率。本文以打击力和水流量为优化目标,采用正交实验法对某重工所生产的系列洗扫车水力系统的某型号扇形喷嘴的收缩段角度、相贯深度及出口扩张角等结构参数进行了多目标优化设计,运用综合平衡的方法解决了优化目标相互矛盾的问题。结果表明该优化方法切实可行,优化后的打击力相比原结构提升了13.5%,且流量也下降了3.7%,仿真分析结果验证了优化设计方法的有效性。该方法也为洗扫车其他型号喷嘴的优化设计提供了理论指导。 展开更多

关键词 洗扫车 扇形喷嘴 结构参数 仿真试验

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全自动驾驶地铁客室人机工程仿真校核 被引量：1

6

作者 李鹏飞 郭庆龙 +2 位作者 张磊 郭佳佳 于世杰 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第5期165-169,共5页

为满足乘客乘坐全自动驾驶地铁客室的安全性和舒适性需求,结合人机工程仿真原理,构建基于人机工程仿真评价模型。通过对乘客在乘车过程中的行为分析,将全自动驾驶地铁客室总体空间的布局划分为观光区、主功能区、入口区、过渡区和乘坐区... 为满足乘客乘坐全自动驾驶地铁客室的安全性和舒适性需求,结合人机工程仿真原理,构建基于人机工程仿真评价模型。通过对乘客在乘车过程中的行为分析,将全自动驾驶地铁客室总体空间的布局划分为观光区、主功能区、入口区、过渡区和乘坐区;根据ISO 7250—3:2015的要求,建立了95百分位男性和5百分位女性虚拟人,对地铁客室空间区域布局进行人机工程符合性仿真校核。结果表明:全自动驾驶地铁客室总体空间布局符合乘客乘车行为,提升了乘客的乘坐体验,为地铁客室设计研发提供一种有效的思路。 展开更多

关键词 人机工程 地铁客室 仿真分析 全自动驾驶

原文传递

基于响应面法和遗传算法的多自由度微陀螺性能优化 被引量：3

7

作者 郝淑英 孟思 +2 位作者 张琪昌 张昆鹏 冯晶晶 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期555-561,共7页

为了兼顾微陀螺的灵敏度和带宽,实现其性能优化,将特征提取、响应面法与遗传算法相结合,提出了一种基于灵敏度和带宽最优化的优化设计方法。该方法基于特征提取确定设计变量及约束条件。通过BBD(Box-Behnken Design)方法采样,结合最小... 为了兼顾微陀螺的灵敏度和带宽,实现其性能优化,将特征提取、响应面法与遗传算法相结合,提出了一种基于灵敏度和带宽最优化的优化设计方法。该方法基于特征提取确定设计变量及约束条件。通过BBD(Box-Behnken Design)方法采样,结合最小二乘法构建微陀螺灵敏度和带宽的响应面近似模型,运用多目标遗传算法对响应面模型进行优化。通过计算Pareto前沿最优解获得一系列优化方案,可同时将灵敏度和带宽分别提升19%和12%,也可在灵敏度不变的前提将带宽拓展78%,可根据实际需要选择不同的优化方案。对原设计和优化方案进行仿真对比,验证了优化设计结果的正确性。采用该方法对多自由度微陀螺的性能进行分析和优化,能在大大提高优化效率的同时有效提高灵敏度与带宽,为微陀螺的优化设计提供一种新思路。 展开更多

关键词 微陀螺 性能优化 响应面法 遗传算法 多目标优化

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静电力非线性对双检测微陀螺谐振频率及灵敏度稳定性的影响 被引量：2

8

作者 郝淑英 李伟雄 +3 位作者 李会杰 张琪昌 冯晶晶 张昆鹏 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期136-142,共7页

为探究如何避免静电力非线性的影响或利用高电压下的静电力非线性和微梁几何非线性对冲以实现高稳定性和高灵敏度微陀螺的设计。考虑边缘效应下的静电力非线性和刚度立方非线性同时存在时,结构参数对双检测微陀螺动力学性能的影响规律;... 为探究如何避免静电力非线性的影响或利用高电压下的静电力非线性和微梁几何非线性对冲以实现高稳定性和高灵敏度微陀螺的设计。考虑边缘效应下的静电力非线性和刚度立方非线性同时存在时,结构参数对双检测微陀螺动力学性能的影响规律;研究表明,梳齿未交叠长度越小,直流偏置电压越大,则共振频率偏移量越大,静电力的软化效果也越显著;梳齿未交叠长度存在一阀值,大于此值时静电力非线性弱化为零且对幅值的影响存在饱和现象,利用此特性可保持灵敏度的稳定性。通过微梁几何非线性的设计和控制调节驱动刚度非线性导致的硬化特性来平衡静电力带来的软化特征,使幅频曲线呈现理想的线性状态,避免了因硬化、软化特性造成的频率失稳和振幅跳跃现象的发生,同时也获得了较高的灵敏度和稳定性。 展开更多

关键词 边缘效应 静电力非线性 刚度立方非线性 双检测微陀螺 灵敏度

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基于FPSO舭部优化的横摇运动及柔性立管疲劳寿命分析 被引量：2

9

作者 朱佳 郝淑英 +2 位作者 张昆鹏 张琪昌 王文龙 《天津理工大学学报》 2022年第5期1-5,共5页

FPSO舭部优化不但可抑制横摇运动响应,同时对非黏结性柔性立管上端的疲劳寿命产生影响。针对某10 wt级FPSO深水柔性立管系统,建立了柔性立管的整体和局部分析模型。通过优化FPSO舭部结构增加船体横摇阻尼,计算不同来浪角度下船体的横摇... FPSO舭部优化不但可抑制横摇运动响应,同时对非黏结性柔性立管上端的疲劳寿命产生影响。针对某10 wt级FPSO深水柔性立管系统,建立了柔性立管的整体和局部分析模型。通过优化FPSO舭部结构增加船体横摇阻尼,计算不同来浪角度下船体的横摇运动响应并进行对比分析。在此基础上,研究FPSO舭部优化对柔性立管疲劳寿命的影响。结果表明:对10 wt级FPSO的舭部进行优化,可使船体在90°横浪下的横摇角度减少约15%,且来浪角度接近船艏时也有较好的减摇效果。柔性立管的疲劳寿命主要由内抗拉铠装层的损伤情况确定,舭部优化后立管上端的疲劳寿命可提升约3.51%。 展开更多

关键词 舭部优化 横摇运动 柔性立管 疲劳寿命

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热弹性结构阻尼对微谐振器品质因子的影响 被引量：1

10

作者 孟思 郝淑英 +2 位作者 高芬 冯晶晶 张琪昌 《天津理工大学学报》 2019年第2期19-24,41,共7页

为研究环境温度对微谐振器固有频率和品质因子的影响,采用有限元分析的方法研究了温度对单根微梁和微谐振器固有频率的影响,发现温度对弹性模量的软化作用对固有频率有很大的影响,应综合考虑温度应力和弹性模量软化对固有频率的影响;提... 为研究环境温度对微谐振器固有频率和品质因子的影响,采用有限元分析的方法研究了温度对单根微梁和微谐振器固有频率的影响,发现温度对弹性模量的软化作用对固有频率有很大的影响,应综合考虑温度应力和弹性模量软化对固有频率的影响;提出了推导微谐振器等效热弹性结构阻尼的力学模型,通过对支撑梁侧板的巧妙处理导出了微谐振器热弹性阻尼系数与单根微梁的热弹性阻尼系数关系式,为利用Zener标准模型来计算微谐振器的热弹性阻尼及品质因子提供了可能;将有限元分析结果与解析分析方法结合研究了环境温度对微谐振器品质因子的影响规律. 展开更多

关键词 微谐振器 空气阻尼 热弹性结构阻尼 温度特性 有限元分析

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刚度及静电力非线性对多自由度微陀螺静态特性影响 被引量：3

11

作者 何赢男 郝淑英 +2 位作者 宋宇昊 张琪昌 刘君 《天津理工大学学报》 2021年第2期1-4,共4页

为揭示静电力非线性及刚度非线性综合作用下多自由度微陀螺的静态特性,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,用Hamilton原理分析了微陀螺在静电力及刚度非线性综合作用下的静态性.系统静态特性对偏置电压的敏感性随着刚度非线... 为揭示静电力非线性及刚度非线性综合作用下多自由度微陀螺的静态特性,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,用Hamilton原理分析了微陀螺在静电力及刚度非线性综合作用下的静态性.系统静态特性对偏置电压的敏感性随着刚度非线性的加强而增加,随着直流偏置电压的增大,非零非稳定平衡点逐渐向零稳定平衡点靠近,同速轨道消失异速轨道转化为同速轨道,当直流偏置电压超过某一临界值时整个相空间中均为不稳定流形,吸合行为发生. 展开更多

关键词 微陀螺 多自由度 静电力非线性

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单壁碳纳米管的静动态性能的分析 被引量：2

12

作者 马赛 郝淑英 +1 位作者 张珂 冯晶晶 《天津理工大学学报》 2022年第1期13-17,共5页

碳纳米管优异的力学性能使其成为各个微、纳机电器械中不可或缺的元件。为了更好地优化和设计微、纳机电器械,本文详细分析了碳纳米管的屈曲性能和振动特性。首先利用分子动力学软件的大规模原子与分子并行模拟器(large-scale atomic mo... 碳纳米管优异的力学性能使其成为各个微、纳机电器械中不可或缺的元件。为了更好地优化和设计微、纳机电器械,本文详细分析了碳纳米管的屈曲性能和振动特性。首先利用分子动力学软件的大规模原子与分子并行模拟器(large-scale atomic molecular massivety parallel simulator,LAMMPS)对扶手椅型单壁碳纳米管进行了压缩模拟,然后讨论了长径比的变化对单壁碳纳米管弹性模量的影响,在此基础上研究了长径比对临界载荷的影响。最后研究了在不同边界条件下,长径比对碳纳米管轴向振动固有频率的影响。结果表明,长径比的增大使碳纳米管弹性模量和轴向临界载荷变小。此外,长径比的增大降低了碳纳米管轴向振动的固有频率。 展开更多

关键词 碳纳米管 长径比 弹性模量 固有频率

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多段微梁固有振动特性的尺寸效应分析 被引量：1

13

作者 陈大双 郝淑英 +1 位作者 张昆鹏 张琪昌 《天津理工大学学报》 2022年第6期1-7,共7页

尺寸效应将影响多段微梁的固有振动特性。针对微机电系统中一种三段式微梁,基于哈密顿原理建立了多段微梁的无阻尼自由振动方程,并求出微梁的固有频率和模态,将不同角度下的理论结果与有限元仿真进行对比验证。采用修正偶应力理论推导... 尺寸效应将影响多段微梁的固有振动特性。针对微机电系统中一种三段式微梁,基于哈密顿原理建立了多段微梁的无阻尼自由振动方程,并求出微梁的固有频率和模态,将不同角度下的理论结果与有限元仿真进行对比验证。采用修正偶应力理论推导考虑材料尺度参数的多段微梁变形能表达式,并进行多段微梁固有频率和模态的尺寸效应分析。结果表明:随着材料尺度参数与特征尺寸比值的增大,多段微梁的固有频率逐渐增加。微梁各段间的角度越大,尺寸效应对1阶固有频率的影响越显著,而尺寸效应对微梁的模态几乎没有影响。 展开更多

关键词 多段微梁 哈密顿原理 固有振动 尺寸效应

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梳齿倾斜角对多自由度微陀螺动态性能的影响

14

作者 张昆鹏 郝淑英 +2 位作者 宋宇昊 张琪昌 冯晶晶 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期221-227,共7页

为揭示由于刻蚀加工误差导致的梳齿倾斜角度对多自由度微陀螺动态性能的影响机理,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,分析了线性及静电力非线性工况下梳齿倾斜角度对微陀螺动力学特性的影响。研究结果表明,微陀螺在线性系统... 为揭示由于刻蚀加工误差导致的梳齿倾斜角度对多自由度微陀螺动态性能的影响机理,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,分析了线性及静电力非线性工况下梳齿倾斜角度对微陀螺动力学特性的影响。研究结果表明,微陀螺在线性系统内工作时,梳齿倾斜角会导致微陀螺系统出现共振频率偏移,并造成灵敏度大幅下降,但对带宽基本没有影响。当在静电力非线性系统内工作时,梳齿倾斜角对系统响应有刚度硬化作用,可在一定程度上抵消静电力非线性的影响;硬化作用先随梳齿倾斜角的增加而增加,到达峰值后随刻蚀误差的增加而减小,即存在最佳梳齿倾斜角度以抵消静电力非线性的影响。上述研究成果为控制或利用刻蚀误差的影响提供了理论依据。 展开更多

关键词 梳齿倾斜角 多自由度微陀螺 静电力非线性 灵敏度 动态性能

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驱动刚度非线性对双检测微陀螺性能的影响 被引量：4

15

作者 郝淑英 李伟雄 +2 位作者 李会杰 张琪昌 冯晶晶 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第14期131-137,共7页

驱动刚度非线性的存在会导致幅频曲线出现典型的非线性硬化特性,从而影响双检测微陀螺检测输出信号和灵敏度的稳定性。为对比线性刚度和非线性刚度对微陀螺检测输出的影响规律,首先求解线性刚度下系统的稳态响应,其次采用多尺度法求解... 驱动刚度非线性的存在会导致幅频曲线出现典型的非线性硬化特性,从而影响双检测微陀螺检测输出信号和灵敏度的稳定性。为对比线性刚度和非线性刚度对微陀螺检测输出的影响规律,首先求解线性刚度下系统的稳态响应,其次采用多尺度法求解非线性动力学方程的近似周期解,并考虑科氏力对检测输出的影响,在此基础上探讨驱动刚度立方非线性对双检测微陀螺系统主共振的幅频曲线、共振频率、灵敏度的影响规律。研究发现:驱动模态共振频率与刚度非线性及振动峰值密切相关;刚度非线性越强,固有频率的漂移量对振幅的变化就越敏感。较弱的驱动刚度非线性就会导致检测一和检测二在驱动模态频率处的幅值大幅下降,由此对微陀螺的输出信号产生极大影响,降低了微陀螺检测信号的稳定性,并与基于线性设计的灵敏度值产生极大的偏差。 展开更多

关键词 双检测微陀螺 多尺度法 科氏力 驱动刚度立方非线性 灵敏度

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静电驱动微梁谐振器的厚度形态误差特性分析

16

作者 刘成 冯晶晶 +1 位作者 郝淑英 张伟 《动力学与控制学报》 2020年第2期35-41,共7页

本文研究了一类双极板静电驱动两端固支微梁谐振器.考虑中性面拉伸和厚度形态误差,建立了微谐振器连续体模型.厚度形态误差通过设置参数方程实现,方程中包含误差参数λ,用于调整误差影响程度.利用伽辽金法和Newton-Cotes法将系统化简为... 本文研究了一类双极板静电驱动两端固支微梁谐振器.考虑中性面拉伸和厚度形态误差,建立了微谐振器连续体模型.厚度形态误差通过设置参数方程实现,方程中包含误差参数λ,用于调整误差影响程度.利用伽辽金法和Newton-Cotes法将系统化简为单自由度模型.首先,通过COMSOL Multiphysics有限元软件对理论求得的静电力进行了仿真验证.然后,推导了不考虑厚度形态误差时系统的吸合情况,发现系统在特定情况下可以出现二次吸合现象.通过改变误差参数,分析了厚度形态误差对吸合情况的影响.最后,利用多尺度法求出系统小幅振动下的响应,研究了厚度形态误差对等效固有频率和系统软硬特性的影响. 展开更多

关键词 微梁谐振器 厚度形态误差 静态吸合 多尺度法 软硬特性

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基于分子动力学的碳纳米管屈曲性能的研究

17

作者 张珂 冯晶晶 +1 位作者 李杨民 李彬 《天津理工大学学报》 2019年第3期43-47,共5页

本文利用LAMMPS软件研究了扶手椅型单壁碳纳米管受轴向载荷压缩时的屈曲性能.通过对比分析完美碳纳米管与含S-W缺陷碳纳米管在受压时的力学性能,揭示出不同温度和S-W缺陷的不同分布方式对碳纳米管屈曲性能的影响规律.研究结果表明:碳纳... 本文利用LAMMPS软件研究了扶手椅型单壁碳纳米管受轴向载荷压缩时的屈曲性能.通过对比分析完美碳纳米管与含S-W缺陷碳纳米管在受压时的力学性能,揭示出不同温度和S-W缺陷的不同分布方式对碳纳米管屈曲性能的影响规律.研究结果表明:碳纳米管的屈曲性能随着温度的升高而明显变差,这种影响在低温区尤为显著,碳纳米管的弹性模量受温度的影响很小;相同缺陷个数下,周向分布的S-W缺陷比轴向分布的S-W缺陷对碳纳米管屈曲性能的影响要大;在轴向方向上,均匀分布、集中分布和非均匀分布的S-W缺陷对碳纳米管的力学性能产生的影响类似,在周向方向上,集中分布对碳纳米管力学性能的影响比均匀分布的要大. 展开更多

关键词 碳纳米管 温度 S-W缺陷

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