基于仿生学的免装配柔性夹钳设计方法研究

发布时间：2017-08-27 05:17

  本文关键词：基于仿生学的免装配柔性夹钳设计方法研究

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【摘要】：免装配设计具有简化结构、减小体积和质量、无需装配等诸多优点，具有广阔的发展前景。3D打印技术的兴起为免装配设计带来了新的发展机遇，免装配设计理论与方法研究显得更为迫切。本文提出了免装配柔性机构的型综合方法，研究了基于变密度法的柔性机构拓扑优化技术，利用基于拓扑结构优化的免装配设计方法和基于刚性机构柔性化的免装配设计方法对柔性夹钳进行了免装配设计。论文的主要研究内容如下： （1）对柔性机构的型综合方法进行了研究。针对运动副、运动链及机构进行了免装配设计。按照刚性运动副的五级划分，，将每一级的刚性运动副转化为相应的柔性铰链。在此基础上提出了两种免装配柔性机构型综合方法。 （2）研究了变密度法拓扑优化技术。建立了拓扑优化模型，采用了SIMP法、RAMP法和“四舍五入”法三种变密度法拓扑优化方法对算例模型进行了求解，比较了三种方法的优缺点，为二维柔性夹钳的设计提供了理论依据。 （3）设计了一种二维免装配柔性夹钳。采用变密度法对二维柔性夹钳进行了拓扑结构设计，然后用经验法重构模型并进行了力学性能分析，验证了柔性夹钳设计结果的有效性。对重要参数进行了分析，说明了将免装配设计与拓扑优化结合起来是切实可行的。 （4）设计了一种三维免装配柔性夹钳。采用滑块摇杆机构为原型，计算了各杆件尺寸及位置，采用经验法将机构中的运动副转化为柔性铰链。对三维柔性夹钳的模型进行了力学性能仿真和运动过程分析，研究结果表明本文所提出的三维免装配机构设计的思路是切实可行的。 论文结合免装配设计与拓扑优化技术，提出了二维及三维柔性夹钳的设计方法，并分析了设计中的重要参数和影响因素。研究对于免装配柔性产品的设计具有一定的理论和实际指导意义。
【关键词】：免装配设计 柔性夹钳 拓扑优化 变密度法 经验法 柔性铰链
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG75
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 前言9-10
• 1.2 论文的研究目的及意义10-11
• 1.3 免装配设计的研究现状及发展11-13
• 1.3.1 免装配设计与仿生学11-12
• 1.3.2 免装配设计与柔性铰链12-13
• 1.3.3 免装配设计与拓扑优化13
• 1.4 免装配柔性夹钳研究现状13-16
• 1.5 论文主要研究内容及技术路线16-18
• 第2章 柔性机构的型综合研究18-27
• 2.1 现有免装配设计相关型综合简介18
• 2.2 基于柔性铰链的型综合18-26
• 2.2.1 柔性运动副18-22
• 2.2.2 柔性运动链22-23
• 2.2.3 柔性机构23-25
• 2.2.4 柔性机构的型综合25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 免装配柔性机构拓扑优化研究分析方法27-42
• 3.1 拓扑优化方法介绍27
• 3.2 变密度法27-30
• 3.3 拓扑优化法30-33
• 3.3.1 Kuhn-Tucker 条件的基本原理30-31
• 3.3.2 基于变密度法的优化准则31-33
• 3.4 三种拓扑优化方法的比较33-41
• 3.4.1 SIMP 模型的拓扑优化33-36
• 3.4.2 RAMP 模型的拓扑优化36-38
• 3.4.3 “四舍五入”模型的拓扑优化38-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 二维柔性夹钳设计与分析42-54
• 4.1 二维柔性夹钳的设计流程42-43
• 4.2 二维柔性夹钳的设计43-47
• 4.2.1 二维柔性夹钳的模型建立43-44
• 4.2.2 柔性夹钳的拓扑优化模型与求解步骤44
• 4.2.3 优化结果分析与柔性化处理44-46
• 4.2.4 柔性夹钳的模型重构46-47
• 4.3 二维柔性夹钳的力学仿真47-48
• 4.4 主要计算参数的影响分析48-51
• 4.4.1 单元格类型对计算结果的影响48-50
• 4.4.2 体积分数对计算结果的影响50-51
• 4.5 二维柔性夹钳的实物制作51-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 三维柔性夹钳设计与分析54-62
• 5.1 三维柔性夹钳的概述54-55
• 5.2 三维柔性夹钳的机构设计55-57
• 5.3 三维柔性夹钳的模型建立57-58
• 5.4 三维柔性夹钳的力学性能仿真58-61
• 5.4.1 三维柔性夹钳钳口夹持过程仿真计算58-60
• 5.4.2 三维柔性夹钳钳口松开过程仿真计算60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 6.1 主要结论62-63
• 6.2 后续工作展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-70
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文及专利70-71
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：744559