基于整机性能机械系统的拓扑优化设计

发布时间：2020-11-02 23:10

　　 随着工业的发展,机电设备的精度以及动态性能的要求越来越高,这给机械设计工程师的设计工作带来了难题。即使最有设计经验的工程师也不能在结构设计中设计出超过自身“经验”的结构,或者将结构的动态性能定量的在设计中有所体现。优化设计的方法则克服了这些方面的问题,可以在设计之初就将设备的动态性能考虑进来从而缩短产品开发周期,降低成本。 结构优化是用来提高零部件材料应用的有效性和应力的合理分布,拓扑优化是结构优化最重要的组成部分。通过机构拓扑优化,改进拓扑结构能够提高结构的性能,减轻结构的重量或者兼而有之。考虑结构优化的优化设计过程可以大大的缩短产品的开发周期以及节省产品的开发成本。 目前国内的针对结构拓扑优化的研究主要还是基于单个零件的优化设计,但是即是最好的零件也不能保证其能够组成最佳的系统,所以基于整机性能的拓扑优化策略就显得很必要。 基于此本论文提出了一种基于整机性能优化的拓扑优化策略。并将其应用在两个不同领域中,在两者的设计过程中,结构优化设计技术为改进结构静、动态性能,降低结构质量等提供了强有力的工具。在前一个应用中,优化设计过程应用在LED半导体封装中最关键也是最基本的结构—XY平台的设计中,再设计过程中讨论了模型建立,网格划分,约束设置等方面的问题。提出了一种基于整机性能作为评价标准的结构优化方式。在后者中,优化了六自由度工业机器人,在满足结构要求的前提下,最大程度上增加了结构的强度,刚度和固有频率,同时降低了结构的质量。验证试验证明经过优化的两个结构静动态性能均优于初始设计,从而证明了结构优化技术的有效性和价值。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH122
【文章目录】：
ABSTRACT
摘要
ACKNOWLEDGEMENTS
CHAPTER 1 INTRODUCTION AND MOTIVATION
    1.1 Background
    1.2 Work of this dissertation
CHAPTER 2 STRUCTURAL OPTIMIZATION RESEARCH BASED ON THE SIMP METHOD
    2.1 Topology optimization
    2.2 The SIMP method
    2.3 Summary
CHAPTER 3 OPTIMAL DESIGNS FOR THE COMPONENTS OF THE NEW XY STAGE
    3.1 The optimal design process
    3.2 Optimizing the Thrusters
    3.3 Optimizing the bridge
    3.4 Summary
CHAPTER 4 A 6 DOF MANIPULATOR TOPOLOGY OPTIMIZATION
    4.1 Introduction
    4.2 Modal analysis
    4.3 Key Components Analysis and Optimization
    4.4 Summary
CHAPTER 5 CONCLUSION
    5.1 Conclusion
    5.2 Future research
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本文编号：2867718