面向变形均匀的分布式柔性机构多目标优化设计

发布时间：2020-04-08 18:00

【摘要】：柔性机构是代替传统刚性机构而出现的一类机构,因其无需装配、无需润滑以及较强的小型化能力等优异特性具有广阔的应用前景。结构拓扑优化作为结构设计的重要手段,在柔性机构的设计中同样扮演着重要的角色,其强大的设计能力为柔性机构的设计应用带来了巨大的动力。然而,对于实际应用而言,拓扑设计所产生的集中式柔性铰链并不利于柔性机构的精确制造和长期使用,这就要求在设计阶段应该尽量避免集中铰链。另外,相比于集中式柔性机构,分布式柔性机构由于无应力集中,变形分布均匀等优点往往具有更合理的构型和更强劲的竞争力,因此研究分布式柔性机构的设计方法具有重要的意义。本文旨在研究描述机构应变均匀性的函数,并在拓扑设计阶段考虑机构应变均匀性,从而消除了集中式铰链,控制机构变形情况,获得分布式柔性机构。本文的主要工作包括:1.基于结构等效应变总结了描述机构应变响应及其分布情况的应变分布函数、全局等效应变、最大等效应变以及偏移最大应变,对比分析了四种应变响应之间的区别,并通过多目标优化方法建立了基于应变响应函数和输出端位移最大化的柔性机构拓扑优化模型,开展了算法和程序代码的开发;2.基于上述多目标优化模型求解了柔性夹钳和柔性逆变器数值算例,设计结果显示在柔性机构拓扑设计中考虑应变分布函数能够得到应变分布均匀的柔性机构;考虑最大等效应变可以消除集中式铰链但机构应变分布并不均匀;考虑全局等效应变并不能消除集中式铰链,更不能得到分布式柔性机构;考虑偏移最大应变既能降低最大等效应变,消除集中式铰链,又能得到较均匀的应变分布,得到分布式柔性机构;3.发展了考虑几何非线性和应变均匀分布的大变形柔性机构优化模型,使用能量插值法处理了低密度单元数值不稳定的问题,使用伴随法求解了目标函数灵敏度,并基于多目标优化模型设计了柔性夹钳,结果证实了非线性分析的必要性以及应变分布函数的有效性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH112;TH122

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本文编号：2619657