平面柔性机械设计方法

发布时间：2020-06-27 11:00

【摘要】： 柔性机械是利用构成机械的零部件的弹性变形来实现设计功能的一类机械。其特点是在柔性机械中存在较少的或者不存在刚性副和刚体。相应的设计理念及方法与传统的刚性机械设计方法有很大不同，至今未形成系统完整的设计方法。由于柔性机械具有许多刚性机械不具备的特性，它们在航空航天、微电子、生物医学等等领域获得广泛应用。因此，近年来在国际上，柔性机械设计方法的研究已经成为机械设计理论领域的研究发展热点之一。然而，国内在此方面起步较晚。本论文将系统地研究柔性机械的设计方法，完成的主要工作以及取得的成果如下：论文在总结现有的柔性机械设计理论和方法基础之上，从梁的大变形方程表达式着手，分析了梁的大变形过程与结果。推导得到了基于数值方法的大变形结果计算表达式。建立了一系列的用于描述和设计柔性机械的简化数学模型——伪刚体法。针对载荷的不同情况，计算出在具体设计中需要的各项参数，并结合实例给出了分析计算过程及结果。在以上基础上，应用虚功原理，推导出柔性机械稳态的条件。提出了含有一个特征铰链和两个特征铰链的四连杆柔性机械、特征铰链位置不同的曲柄滑块柔性机械的双稳态分析过程。对于用于改变柔性机械稳态位置所施加力的确定进行了详细的分析，并结合实例对载荷作用过程进行了计算。进一步提出了多稳态柔性机械设计方法，给出了两类不同型的柔性机械联结设计得到多稳态机械的设计方法和实例。提出了多稳态间转换所需力的计算方法。在有限单元法及拓扑优化设计方法的思想指导下，建立了针对平面分布式柔性机械拓扑结构生成方法，和以刚度最大化为目标函数的优化设计模型。并应用MATLAB实现了各种不同约束条件下的刚度最大化构架生成的程序和计算结果。论文还研究了柔度最大化的柔性机械的设计方法，编制了拓扑结构优化程序，解决了柔性机械单输入单输出设计问题。
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TH122
【图文】：

关系图,最小二乘法,函数类,数据应用

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平面分布,刚体,有限单元法,约束优化

四川大学硕士学位论文图4.1分布式柔性机械由图4.1可以知道，分布式柔性机械并非像伪刚体法设计的柔性机械那样还具有刚性副，它没有刚性副，它整个是一体的，’因此相对于伪刚体法设计的带有刚性副的机械易于制造〔24]。显然，平面分布式柔性机械是由一块平板去除不需要的材料后得到的。那么设计的主要任务就是在明确外在输入作用以及输图4.2全柔性机械设计要求出作用的条件下确定设计区域需要去除的区域，如图4.2所示。对于此类问题，比较成熟的做法是运用数值方法进行优化。数值方法例如有限单元法、变分法、边界元法、链式算法等等〔练’6，’71。优化方法中采用约束优化。在文中，用到有限单元法进行分布式柔性机械的约束优化分析设计。下两节对于本论文要用到的有限单元法以及约束优化方法进行简单论述。4.2设计区域的有限元建模由于本论文在解决分布式柔性机械设计的思想为将设计区域离散化

【参考文献】