一种复合材料机械臂多尺度优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料机械臂多尺度优化设计方法，包括以下步骤：环境搭建，安装Python，ADAMS、ABAQUS、TEXGEN和MATLAB软件；根据复合材料的微观尺度编写代表性体积单元的Python脚本；建立复合材料的代表性体积单元；对三维模型施加周期性边界条件，进行有限元分析分析并提取当前复合材料的材料性能；按照机械臂结构的可设计变量建立复合材料部件的有限元模型；对上述有限元模型进行模态分析；利用模态分析文件建立动力学模型并求解动力方程，提取动力学数据；根据动力学数据构建代理模型，采用多目标遗传算法进行机械臂的设计优化。本发明专利技术联合多软件构建复合材料机械臂的多尺度仿真系统，实现机械臂的自动化多尺度动力学建模，以此进行机械臂的设计优化。以此进行机械臂的设计优化。以此进行机械臂的设计优化。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料机械臂多尺度优化设计方法


[0001]本专利技术涉及工程机械
，尤其涉及一种复合材料机械臂多尺度优化设计方法。

技术介绍

[0002]轻质机械臂被广泛用于工业制造、航空航天、医疗手术和其他领域。与传统的刚性机械臂相比，它们具有一些优势，如更高的速度、更低的功率消耗、和更强的有效载荷能力。对于工程师来说，与传统的金属相比，复合材料的主要优点之一是其重量密度较低，可以取代轻质机械臂中的金属材料来进一步降低重量。目前，复合材料机械臂的优化设计可大致分为两类：结构优化设计和材料优化设计。在前者中，可以对机械臂的结构进行尺寸优化、形状优化或拓扑优化来试图实现机械臂的最佳平衡（如重量、成本和控制精度）。而在后者中则通过对复合材料进行设计优化以实现更优异的机械性能。
[0003]现有技术中存在以下专利申请，三维编织复合材料机械臂及其工程机械设备，20162018124.7；混杂树脂基体三维编织碳纤维复合材料及其在机械臂中的应用，202110148441.6；上述专利主要关注于复合材料的设计优化，即通过设计复合材料来提升材料的机械性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料机械臂多尺度优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、环境搭建，安装Python，ADAMS、ABAQUS、TEXGEN和MATLAB软件，设置相应的环境变量；S2、根据复合材料的微观尺度编写代表性体积单元的Python脚本；S3、建立复合材料的代表性体积单元，导出其三维模型文件；S4、对三维模型进行网格划分，分配增强相和基体相的材料参数，施加周期性边界条件，进行有限元分析分析并提取当前复合材料的材料性能参数；S5、按照机械臂结构的可设计变量建立复合材料部件的有限元模型；S6、对上述有限元模型进行模态分析，导出当前部件的模态中性文件；S7、利用模态分析文件建立动力学模型并求解动力方程，提取动力学数据；S8、根据动力学数据构建代理模型，基于代理模型，采用多目标遗传算法进行机械臂的设计优化。2.根据权利要求1所述的复合材料机械臂多尺度优化设计方法，其特征在于：S2中采用MATLAB软件平台编写，涉及到复合材料的微观尺度的可设计变量，包括基体相和增强相的体积比例、增强相的分布形式。3.根据权利要求1所述的复合材料机械臂多尺度优化设计方法，其特征在于：S3具体为采用MATLAB软件调用Python脚本导入TEXGEN软件用于建立复合材料的代表性体积单元，并导出其三维模型文件。4.根据权利要求1所述的复合材料机械臂多尺度优化设计方法，其特征在于：S4具体为采用MATLAB软件的GUI开发编织系统功能调用ABAQUS软件导入代表性体积单元的三维模型文件，对模型进行网格划分，分...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东阳，梁雪峰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：