平面约束变胞机构构态切换能力的概率评估模型
收稿日期: 2021-12-21
修回日期: 2022-01-10
录用日期: 2022-03-18
网络出版日期: 2022-04-12
基金资助
国家自然科学基金(51575091);航空科学基金(20170250001);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(N2203010)
A probabilistic evaluation model for configuration transformation ability of planar constrained metamorphic mechanisms
Received date: 2021-12-21
Revised date: 2022-01-10
Accepted date: 2022-03-18
Online published: 2022-04-12
Supported by
National Natural Science Foundation of China(51575091);Aeronautical Science Foundation of China(20170250001);the Fundamental Research Funds for the Central Universities(N2203010)
构态切换过程的力学调控机理和构态切换能力的定义及评价是变胞机构实现构态平稳切换的理论基础。考虑工程实际中的误差随机性问题，建立构态切换能力的概率评估模型是降低变胞机构运动功能失效概率的关键。基于多构态欠驱动约束变胞源机构的结构组成原理建立了含变胞副的扩展Assur杆组模块化受力分析模型。根据变胞副的等效阻力梯度模型，完成了确定性条件下约束变胞机构构态切换的力学机理建模。进而，考虑系统内外部误差的随机性，建立了约束变胞机构构态切换时刻的可靠性评估模型。考虑构态切换相邻时刻运动功能失效的影响，利用系统可靠性理论提出了约束变胞机构构态切换的区间可靠度计算模型。最后，以折纸变胞机构为例，验证了提出的构态切换能力概率评估方法的可行性和有效性。为开展以获得高概率的构态切换重复执行能力为目标的约束变胞机构可靠性优化设计奠定了基础，同时对推进变胞机构的工程应用具有理论和实际意义。
孙本奇 , 杨强 , 孙志礼 , 李树军 , 马宏坤 , 王若男 . 平面约束变胞机构构态切换能力的概率评估模型[J]. 航空学报, 2023 , 44(4) : 426843 -426843 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2022.26843
The definition and evaluation of configuration transformation ability as well as the principle of force control during the process of configuration transformation are the research foundation for realizing the stable configuration transformation of metamorphic mechanisms. Considering the randomness of input errors in practical application， the establishment of a probabilistic evaluation model of the configuration transformation ability is the theoretical basis for reducing failure probability of kinematic performance of metamorphic mechanisms. Based on the structure composition principle of the multiconfiguration source metamorphic mechanism that can operate in an under-actuated state， the modularized calculation models are established for force analysis of the augmented Assur groups including metamorphic joints. According to the equivalent resistance gradient model of metamorphic joints， a force analysis model is deduced to describe mechanical control principle of the configuration transformation of constrained metamorphic mechanisms. Furthermore， considering the uncertainties in the link dimensions， masses， and compliance parameters et al， a reliability evaluation method of the configuration transformation moment for the constrained metamorphic mechanism is established. Considering the influence of kinematic failure at the adjacent moment of configuration transformation time， an interval reliability calculation method for the configuration transformation of constrained metamorphic mechanisms is proposed by using the calculation model of system reliability. Finally， the feasibility and effectiveness of the probabilistic evaluation method is verified by taking the metamorphic mechanism of paper folding as an example. This research provides the foundation for the reliability optimization design of the constrained metamorphic mechanism aiming at obtaining the repeatability of the configuration transformation with high probability. It also shows theoretical and practical significance in promoting the application of metamorphic mechanisms.
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