虚拟环境下活动线缆运动仿真与布局优化技术.pdf

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1、虚拟环境下活动线缆运动仿真与布局优化技术金望韬2015年1月中图分类号：TP391UDC分类号：虚拟环境下活动线缆运动仿真与布局优化技术作者姓名金望韬学院名称机械与车辆学院指导教师唐承统教授答辩委员会主席刘检华教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchonMotionSimulationandLayoutOptimizationofMotionalCableinVirtualEnvironmentCandidateName:JinWangtaoSchoolorDepartmen

2、t:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.TangChengtongChair,ThesisCommittee:Prof.LiuJianhuaDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor:MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究

3、成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要活动线缆是指在复杂机电产品服役过程中处于运动状态的一类特殊线缆。由于活动线缆的柔性性质和运动空间的复杂性，目前其工艺设计只能通过经验、模装和多轮实际布线才能确定，因此无法在设计阶段获得布线优化方案，导致其布线工艺可靠性差，严重影响了机电产品的性能和质量。本文以航

4、天导引头活动线缆布局设计为对象，对虚拟环境下活动线缆运动仿真和布局优化技术的相关理论、关键技术和实现方法进行了研究。论文的主要研究工作概括如下：(1)分析了复杂机电产品中的活动线缆布局设计存在的问题，对国内外相关领域的研究现状进行了综述，给出了项目来源，并阐述了研究的背景和意义。(2)建立了可精确描述活动线缆运动变形的物性模型，给出了无分布力作用下活动线缆平衡方程的建立和求解方法。(3)给出了光滑平面单面约束对活动线缆运动的约束表达形式，建立了光滑平面约束下的活动线缆物性模型。采用非线性约束优化解法，对不同边界条件下的线缆姿态进行了求解

5、和仿真。(4)分析并给出了活动线缆布局优化的目标和主要约束，建立了活动线缆布局优化模型。通过调整布线参数并进行仿真计算和分析，得到了布局优化方案，并比较分析了仿真和实测弹性干扰力矩的变化规律。(5)在本文所研究内容的基础上，设计和开发了活动线缆运动仿真和布局优化原型系统，并结合实例对该系统进行了验证。最后，对全文进行总结，并对相关研究工作的后续发展进行了展望。关键词：活动线缆；单面约束；布局优化；运动仿真；弹性细杆理论IAbstractMotionalcablereferstoaspecialkindofcablewhichisinmo

6、tionduringtheserviceprocessofcomplexelectromechanicalproducts.Duetotheflexibilityofmotionalcableandthecomplexityofmotionspace,theprocessdesigncanbedeterminedonlythroughexperience,moldingandmultipleroundsofactualwiring.Therefore,itisunabletoobtainthewiringoptimizationplan

7、inthedesignphase.Besides,thereliabilityofwiringprocessispoorandtheperformanceandqualityofelectromechanicalproductsareseriouslyaffected.Forthelayoutdesignofmotionalcableinaerospaceseeker,thispapercarriesouttheresearchontherelativetheory,keytechnologiesandimplementationmet

8、hodofthemotionsimulationandlayoutoptimizationofmotionalcableinvirtualenvironment.Thestudiesofthisdisser