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柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)是一種新型的微位移機(jī)構(gòu)，具有無機(jī)械摩擦、無間隙、無熱源、加工簡(jiǎn)單及運(yùn)動(dòng)靈敏性高等優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)納米分辨率定位然而，加工誤差的存在影響柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的輸出位移性能，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)加工誤差的計(jì)算模型，分析了多種加工誤差因素對(duì)其位移性能的影響情，但僅考慮柔性鉸鏈圓弧部分的彎曲變形，把其它部分都看作剛體。實(shí)際上，連桿部分也會(huì)產(chǎn)生變形，輸出位移和實(shí)際情況有差。本文在提出柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)參數(shù)化有限元分析建模方法的基礎(chǔ)上，采用大型有限元軟件ANSYS分析柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)受加工誤差影響的位移性能。
由于設(shè)計(jì)和制造相對(duì)簡(jiǎn)單和準(zhǔn)確，最常用的是直圓弧型柔性鉸鏈，它的基本結(jié)構(gòu)見圖，其中R為柔性鉸鏈的切割半徑，t為柔性鉸鏈的最小厚度，b為柔性鉸鏈的寬度，h為柔性鉸鏈的高度柔性鉸鏈的中部較為薄弱，在力矩作用下可以產(chǎn)生較明顯的彈性角變形，能在機(jī)械結(jié)構(gòu)中起到鉸鏈的作用。
有限元法是變形分析計(jì)算中主要方法，用ANSYS分析柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的位移，首先要建立它的幾何實(shí)體模型和有限元模型，然后進(jìn)行求觸利用APDL語言編制命令流文件，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化有限元建模，可以方便地分析柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的位移，以及克服人機(jī)交互方式下操作費(fèi)時(shí)、枯燥和容易出錯(cuò)的缺點(diǎn)。
下面以雙平行四桿柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)為例，說明用APDL語言編制命令流文件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化有限元建模的步驟：
(1)確定幾何實(shí)體建模方法
在人機(jī)交互方式下或用APDL語言編制命令流文件，ANSYS都提供了2種幾何實(shí)體建模方法，即自下向上的建模方法和自上而下的建模方法自上而下的建模方法用于直接創(chuàng)建最高級(jí)的圖元，如長(zhǎng)方體圓柱體等，在創(chuàng)建復(fù)雜的幾何實(shí)體模型時(shí)，可以用布爾運(yùn)算(加、減、分割等)來生成根據(jù)雙平行四桿柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征，采用自上而下的建模方法；
(2)求關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，生成幾何實(shí)體模型
參數(shù)化建模是指先用一組參數(shù)來定義幾何圖形尺寸數(shù)值并約束尺寸關(guān)系，在幾何造型時(shí)得到；
(3)建立有限元模型的前處理
確定材料特性，如彈性模量、泊松比；確定網(wǎng)格的單元類型、劃分精度，設(shè)置邊界條件及載荷大小等；
(4)用APDL語言編程
APDL語言編程比較容易，調(diào)試也比較簡(jiǎn)單打開文本編輯器，如寫字板、記事本等，就可以直接進(jìn)行參數(shù)化命令流的編寫，最后存盤；
(5)運(yùn)行
啟動(dòng)ANSYS軟件，進(jìn)入圖形用戶界面，點(diǎn)擊實(shí)用菜單(Utility Menu)，在彈出的下拉菜單中，再點(diǎn)擊Read Input菜單項(xiàng)，根據(jù)提示，找到文件。
如果要生成一個(gè)新的分析模型，只要改變程序中相關(guān)的參數(shù)值，生成一個(gè)新的文件，ANSYS運(yùn)行后，就能很快得到所需的新模型，因此，采用APDL語言編制命令流文件進(jìn)行參數(shù)化有限元建模，建模速度快、方便，不易出錯(cuò)。
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