發(fā)布時間：2020-10-17 00:18

　　 跌落沖擊是許多小型機電產(chǎn)品在其壽命周期內(nèi)失效的常見原因。目前,小型機電產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)一般遵循初步設(shè)計、樣機跌落試驗、再改進設(shè)計的傳統(tǒng)模式。為確保產(chǎn)品的耐撞性能,產(chǎn)品批量生產(chǎn)前須按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)通過跌落試驗的檢驗。然而,即使在產(chǎn)品開發(fā)中通過了樣機跌落試驗檢驗,產(chǎn)品在使用過程中跌落損壞仍是這類產(chǎn)品失效的主要原因之一,而且傳統(tǒng)的產(chǎn)品耐撞性設(shè)計模式費錢費時,已越來越不適應(yīng)于小機電、特別是數(shù)字產(chǎn)品個性化、多樣化和快速響應(yīng)的市場要求。因此,如何突破傳統(tǒng)的產(chǎn)品跌落沖擊耐撞性設(shè)計模式、提高產(chǎn)品的耐撞性與穩(wěn)健性就成為亟待研究的課題。 本文從產(chǎn)品跌落沖擊動態(tài)響應(yīng)、跌落沖擊耐撞性能分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化以及耐撞性能穩(wěn)健設(shè)計優(yōu)化幾個方面進行了理論分析與試驗研究。主要研究工作如下: 針對小型產(chǎn)品跌落沖擊耐撞性能設(shè)計的特殊性以及產(chǎn)品跌落沖擊耐撞性動態(tài)設(shè)計中存在的不確定性,在總結(jié)了產(chǎn)品跌落沖擊動態(tài)響應(yīng)以及穩(wěn)健設(shè)計的研究進展基礎(chǔ)上,提出了基于數(shù)值模擬耐撞性綜合評價體系的產(chǎn)品跌落沖擊耐撞性能穩(wěn)健設(shè)計優(yōu)化方法。并以目前常用便攜式電子產(chǎn)品---移動硬盤和存在液固耦合作用的彈性儲液容器為研究對象,借助數(shù)值模擬技術(shù),進行了移動硬盤和彈性儲液容器的跌落沖擊動力學(xué)特性分析和耐撞性能穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計。 建立了移動硬盤關(guān)鍵部件---磁頭傳動臂組件有限元模型,通過理論分析、有限元模態(tài)分析和模態(tài)試驗,獲得了磁頭傳動臂組件的模態(tài)參數(shù)。進行了不同沖擊波形、不同脈沖幅值、不同脈沖寬度載荷下的磁頭傳動臂組件動態(tài)響應(yīng)分析,獲得典型沖擊載荷下的磁頭傳動臂組件沖擊響應(yīng)譜�；谝苿佑脖P各零部件相互裝配關(guān)系,采用對稱罰函數(shù)接觸算法建立了移動硬盤整體跌落有限元模型,通過移動硬盤跌落沖擊實驗驗證了有限元模型的可行性,提出了基于虛擬跌落試驗的綜合產(chǎn)品外在形貌和內(nèi)在功能的耐撞性能評價指標(biāo),探討了傳動臂材料、傳動臂形狀以及跌落角度對移動硬盤耐撞性能的影響,為移動硬盤耐撞性能優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。 基于移動硬盤整體跌落有限元模型,采用有限元分析與試驗設(shè)計相結(jié)合方法,建立了移動硬盤關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)與跌落沖擊響應(yīng)之間的非線性映射關(guān)系,兼顧不同的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),發(fā)展了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法相結(jié)合的移動硬盤耐撞性能多目標(biāo)優(yōu)化算法,通過結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化提高了移動硬盤的耐撞性能。針對移動硬盤跌落沖擊條件的多樣性和隨機性,引入穩(wěn)健設(shè)計理論,應(yīng)用田口方法分析了移動硬盤耐撞性能設(shè)計中的可控因素和噪聲因素,并對減小地面硬度噪聲的影響進行了穩(wěn)健設(shè)計,獲得了關(guān)鍵零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的最佳匹配,提高了移動硬盤耐撞性能的穩(wěn)健性。 針對生活中廣泛運用的彈性儲液容器的跌落沖擊特性,考慮跌落沖擊存在的不確定性和液固耦合作用,采用ALE算法建立了彈性儲液容器的跌落沖擊液固耦合動力學(xué)有限元模型。探討了不同沖擊參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)對飲水桶桶體等效應(yīng)力分布的影響,采用有限元和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合方法來計算儲液容器跌落沖擊接觸點最大應(yīng)力值,避免了探求儲液容器跌落沖擊下數(shù)學(xué)模型建立的復(fù)雜過程,為儲液容器耐撞性評價與優(yōu)化設(shè)計提供理論支撐。 本文通過提出產(chǎn)品跌落沖擊耐撞性能穩(wěn)健設(shè)計優(yōu)化方法,對移動硬盤和彈性儲液容器的跌落沖擊動態(tài)響應(yīng)進行了定量分析和穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計,提高了產(chǎn)品跌落沖擊耐撞性能,驗證了所提產(chǎn)品跌落沖擊耐撞性能穩(wěn)健設(shè)計優(yōu)化方法的正確性和有效性,為產(chǎn)品跌落沖擊動力學(xué)分析和耐撞性能穩(wěn)健設(shè)計提供了新的理論依據(jù)和實踐參考。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TH113
【部分圖文】：

圖 1-6 四種跌落方向Figure 1-6 Four drop direction域的穩(wěn)健設(shè)計研究，考慮到產(chǎn)品跌落沖擊耐撞撞性評價和優(yōu)化設(shè)計的思想，實現(xiàn)產(chǎn)品耐撞性如下：①產(chǎn)品跌落沖擊參數(shù)、設(shè)計參數(shù)分布隨落角度、跌落高度、地板剛度、沖擊摩擦系數(shù)產(chǎn)品的材料、產(chǎn)品的工作條件等設(shè)計參數(shù)分布耐撞性性能函數(shù)的數(shù)學(xué)模型建立。產(chǎn)品跌落沖常用的一階或二階響應(yīng)面來構(gòu)成數(shù)值仿真評價能設(shè)計是一個多因素多性能、復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟設(shè)計變量、多性能設(shè)計中，各性能之間因受相在設(shè)計優(yōu)化模型中，一些可能作目標(biāo)，另一些定性傳遞時，穩(wěn)健性設(shè)計優(yōu)化問題就變得更為評價指標(biāo)的選取、評價指標(biāo)之間的折中、評價

硬盤驅(qū)動器獨特的機械工作方式和部件結(jié)構(gòu)。動硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理的基礎(chǔ)上，通驗，分析磁頭傳動臂組件的模態(tài)參數(shù)和模態(tài)過分析不同波形、不同脈沖幅值、不同脈沖究系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)譜，為磁頭傳動臂組件的器的結(jié)構(gòu)和工作原理（Configuratiord Disk）器的典型結(jié)構(gòu)類繁多，但在電路和結(jié)構(gòu)上均大同小異，主 HDA(Head Disk Assembly)、印制電路板 面板、減震安裝支架及其他附件。圖 3-1 是

可以算出該懸臂梁的前三階固有頻率如表 3-1 所示，圖3-3 為前三階模態(tài)振型。表 3-1 各階固有頻率理論值Table 3-1 Natural frequency theoretical value固有頻率階數(shù)理論分析值（Hz）1 1.6252 6.5503 14.738圖 3-3 懸臂梁前三階模態(tài)振型Figure 3-3 The first three mode types of cantilever beam3.4 傳動臂組件有限元模態(tài)分析(FEM Modal Analysis of ActuatorArm Assembly)模態(tài)分析作為機械和結(jié)構(gòu)動力學(xué)中一種極為重要的分析方法，在工程實際中得到了廣泛的運用。模態(tài)分析的基本思想是將描述機械、結(jié)構(gòu)動態(tài)性能的矩陣方程解耦，從而使 N 自由度系統(tǒng)的動力學(xué)特性可以用單自由度系統(tǒng)來表示。模態(tài)分析通過每一個模態(tài)具有的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型，展示了結(jié)構(gòu)的固有振動形態(tài)，為人們提供了一種直觀的分析結(jié)構(gòu)振動狀態(tài)的方法。通過對模態(tài)振型的分析，易于找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，易于判別振動的原因，易于提出對結(jié)構(gòu)進行改進的修改意見。當(dāng)移動硬盤受到振動或沖擊時，盤片、磁頭、懸臂、傳動臂等機械部件都會發(fā)生不同程度的振顫，從而造成磁頭與盤片的碰撞和損壞。因此，由懸臂、傳動臂等零件組成的傳動臂組件的動力學(xué)特性是決定移動硬盤的耐撞性能的重要
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本文編號：2843991