学生姓名：叶明松

班班级级：机械（茅班）2019-01班

指导教师：王熙

毕设题目：管件准零刚度隔振动力学仿真与设计

一、概况

1.选题意义

目前激光的装备系统多采用光路系统固定，通过工件相对运动实现点位置、角度与空间姿态、轨迹的变化，其工件夹持系统往往采用运动关系灵活的多自由度机械手或机器人结构，很难适应大型零件和复杂结构零件的激光处理。多自由度导光臂（管件结构）的出现可以很好的解决这个问题。而多自由度导光臂的运动和定位精度是发挥其优势的关键。振动在工业中尤为常见，尤其是在各种机械设备的运行过程中，多自由度导光臂也包括在内。因此，在保障导光臂稳定支撑的基础上，研究设计一种激光导光臂的隔振系统，阻隔外部的振动干扰，对实现导光臂的精确定位意义重大。

2.任务分解

（1）毕业设计准备，主要包括毕业设计选题、查阅资料、熟悉课题相关国内外现状；明确课题研究内容，撰写文献综述和开题报告。(2周)

（2）完成隔振的相关理论计算及仿真、建立系统的动力学模型。 (4周)

（3）基于永磁原理对隔振的准零刚度特性进行设计优化。(4周)

（4）完成隔振的振动试验测试。(5周)

（5）撰写毕业设计论文，制作PPT，准备答辩。(1周)

（6）评阅及答辩考核答辩。(1周)

二、已完成工作

   完成了对于准零刚度弹簧的MATLAB，ANSYS，ANSOFT的软件上的仿真和理论验证，在实验室对于准零刚度弹簧进行了扫频测试和特性曲线绘制。

具体工作情况：

    1.绘制准零刚度隔振器的动态响应曲线。

    2.比较无隔振情况与准零刚度隔振情况下系统频率及其振幅的变化。

    3.找出负刚度磁铁以及正刚度弹簧对于系统隔振效果的影响趋势。

    4.比较不同信号激励下，准零刚度隔振器对于信号的隔振情况。

    5.通过稳定频率振动实验，比较振动变化趋势。

    6.通过ANSYS磁场有限元仿真分析，得出磁场负刚度弹簧运动过程中的受力情况。

    7.通过龙格库塔法对于准零刚度的特殊刚度系数进行仿真分析，得出刚度对于系统位移与速度的影响。

准零刚度实验台剖面图

准零刚度隔振器实物工作台

隔振前后管件振动振幅对比图

下部负刚度磁铁对于系统的显著影响效果图

瞬态负刚度磁场受力仿真图

正刚度对于准零刚度特性的影响趋势

三、下一步工作计划

    1.对于力传感器进行合适的选择，进行力的测试，绘制精确的曲线。

    2.对于磁场进行测试，使得在真实情况下的磁场情况能够表示出来，便于实验。

    3.对于实验装置的安装进行调节，使得安装快捷。

    4.通过小振幅调节，实现实验中对于刚度非线性刚度部分的检测。

问题一：同学，PPT中展示的龙格库塔求解结果是什么，是仿真结果还是实验结果？

回答：是仿真结果，因为准零刚度在传统的微分方程中，求解需要通过数值法进行自适应步长的拟合，我通过对于刚度的计算，实验装置振动部分质量的仿真计算以及对于负刚度的有限元拟合，完成对于微分方程的建立，然后通过MATLAB进行仿真求解系统速度与位移，再通过SIMULINK进行检测对比结果，结果相似。

问题二：同学，你的实验种类很多，目前实验是否能够全部达到计划预期全部完成呢？

回答：老师，目前的实验还剩下准零刚度力特性曲线的测定，这个实验需要老师的实验设备支持，目前实验室没有对应精度的力学传感器，所以实验难以进行，可能需要别的对策；另外还剩下单位脉冲下无隔振系统和准零隔振系统的振动对比实验，计划两周内完成。目前已经完成：无隔振情况与准零刚度隔振情况下系统频率及其振幅的变化、负刚度磁铁对于系统隔振效果的影响趋势、不同信号激励下准零刚度隔振器对于信号的隔振情况、稳定频率振动实验，比较振动变化趋势、通过加速度传感器进行位移量的计算五项实验内容。

实验进行方面心得：

1.在进行实验之前，必须弄清楚自己需要做什么实验，自己为什么要做这个实验，实验最后的预期结果有哪些，这样才能够明白实验解决的问题是什么，才能明白实验进行的意义。

2.在做实验时，要完全清楚实验设备的操作和原理，对于实验产生信号，对信号进行影响的部分要十分的清楚，因为，我需要对于实验中出现的结果进行调整，要有逻辑的掌握实验中产生的现象，进而要得出改进实验结果的结论，所以知道原理很重要。

3.在实验遇到困难时，需要大胆的调试各个实验参数，因为遇到困难，可能是认知范围之外的原因，如果按照现有的本科知识，难以系统的分析出结果，所以，大胆的尝试也是产生结果的方法；当然，也要敢于跳出自己的认知范围分析问题的合理性，如果实验在基本原理和趋势上不合理，那就要和老师商讨并且大胆质疑。

4.在实验结束后，需要对于实验数据进行严谨认真的命名、保存、处理、计算和展示，对于实验数据一定要进行储存并且能够二次利用，否则浪费了实验的价值。

实验设计方面心得：

1.一定要根据已经存在的设备条件进行实验设计，如果自己的实验设备客观条件不存在，就要改进实验方向，做到时间和成本上的权衡，完成本科毕业设计要求。

2.要积极主动的寻求学长和老师的帮助，因为在实验中，学长和老师是前辈，对于实验的思路上，学长和老师给予的帮助能够极大的增加实验效率。

3.对于实验的装置，需要有稳定的固定系统，包括：接头不能松动、螺栓螺母需要防松、实验装置结构设计要便于拆卸、实验参数产生部分需要设计柔性结构、实验平台需要有水平度和线性度的要求。

4.实验与仿真的对比，一定要将实验设备中的参数和仿真参数进行对比，这样才能够体现仿真计算结果的意义，从而仿真才能够指导实验设计，改进实验结果。

5.对于实验的理论需要进行广泛的阅读，吸纳各种实验中运用的方法，将优秀的、效果好的方法运用到实际的实验中。