局部多孔质气浮输运系统的建模分析与优化研究

摘要

随着科技的快速发展，以液晶显示为代表的平板显示技术迅速崛起。玻璃基板作为液晶显示器的一个基本部件，正朝向大型化、薄型化方向发展，这也要求其在输运过程中必须采用无摩擦非接触的方式以确保表面无损伤。传统的接触式（滚轮驱动）的输运方式已经无法满足其发展的要求。而以多孔质作为节流元件的局部多孔质正压悬浮输运方式凭借其清洁无污染、不发热、不生磁等优势，成为非接触式输运领域的主流。
　　就目前而言，局部多孔质气浮输运系统在大型玻璃基板输运流水线上己经有所应用，然而，在利用多孔材料作为节流元件构建气浮非接触式输运装置的过程中，制造商们通常是根据经验来进行方案的设计，没有进行基础的流动解析，亦不了解多孔质材料的特性，基于多孔质流动规律的气膜特性理论模型的匮缺在很大程度上限制了这项技术的发展。为指导基于多孔质气悬浮技术的非接触式传输系统的优化设计，本课题采用理论分析、数学建模、数值仿真和试验验证相结合的方法，对局部多孔质气悬浮的特性进行了系统、深入的研究。本课题的主要研究内容包括以下几个部分：
　　第一：依据金属多孔质气阻流量特性等相关理论针对固定悬浮高度下的气膜压力特性进行分析，建立能正确反映其规律的数学模型，通过fluent流体软件计算结果以及结合相关试验来验证所建数学模型的正确性。
　　第二：引用基于非支配排序遗传算法(NSGA-II)作为多目标优化设计方法，以多孔质在气浮导轨单元中的结构参数作为优化变量，以降低系统耗气量和提高气膜承载能力作为优化目标，对多孔质气浮导轨单元进行优化设计，得出最优Pareto解集，分析各个参数对气膜特性的影响。
　　第三：设计气膜压力分布和气膜承载能力试验方法并搭建试验平台，分别对依据传统方法设计的气浮导轨单元和根据优化所得参数设计的气浮导轨单元进行测试，通过试验结果验证优化效果。
　　第四：根据玻璃基板输运的实际工况，借助ANSYS workbench有限元分析软件并结合气膜压力特性的数学模型，对局部多孔质气浮导轨单元面积内玻璃基板在特定悬浮高度下的形变问题进行流固耦合计算。
　　本课题依据优化结论完成了一种局部多孔质气浮输运系统的创新性设计，在一定程度上为今后非接触式输运系统的优化设计提供了理论基础和指导方法。

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第1章 绪论

1.1 本课题研究的目的和意义

1.2 有关多孔质非接触式搬运方式研究现状

1.3 当前多孔质气浮输运系统存在的问题

1.4 本课题研究的主要内容及章节安排

1.5 本章小结

第2章 局部多孔质气浮导轨气膜压力的建模与仿真分析

2.1 引言

2.2 烧结金属多孔质材料

2.3 Darcy-Forchheimer定律

2.4 Darcy-Forchheimer多孔质流量特性模型参数辨识

2.5 局部多孔质气浮导轨单元建模分析

2.6 基于Fluent的气浮导轨单元气膜压力仿真计算

2.7 数学模型计算结果及Fluent仿真数值对比

2.8 本章小结

第3章 气浮导轨单元的气膜压力试验验证与分析

3.1 引言

3.2 Darcy-Forchheimer定律试验验证

3.3 搭建试验平台

3.4 气浮导轨单元气膜压力分布测试

3.5本章小结

第4章 局部多孔质气浮导轨的多目标优化分析

4.1 引言

4.2 多目标优化问题

4.3 非支配排序遗传算法NSGA-II

4.4 多孔质气浮导轨单元优化

4.6 试验验证

4.7本章小结

第5章 玻璃基板形变问题分析及气浮输运系统构建

5.1 引言

5.2 ANSYS Workbench的特点

5.3形变结果分析

5.4 局部多孔质气浮输运系统构建

5.5 本章小结

总结与展望

一、结论

二、展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢