拓扑优化方法及其在微型柔性机构设计中应用的研究

发布时间：2024-05-11 05:39

　　拓扑优化是进行结构优化设计的重要方法，它使复杂结构及机构在概念设计阶段即可灵活地、理性地进行方案优选。与形状优化和尺寸优化相比较，拓扑优化的难度最大，也最具有挑战性。 本文从微型电子机械系统领域中应用广泛的微小型柔性机构的设计出发，探索性地研究了利用连续体结构拓扑优化技术进行柔性机构设计的问题，分析了拓扑优化中的数值不稳定现象的原因以及相应的解决策略，建立了结构刚性拓扑优化模型和柔性机构拓扑优化的多目标模型，最后，设计研制了用于夹持毛细玻璃管的压电驱动式微夹钳，并对其进行了实验测试。 以有限元法为数值计算方法，在Matlab平台上，利用作者自行开发的有限元计算程序，结合MMA优化算法，实现了结构的拓扑优化设计。采用网格独立滤波法解决棋盘格式和网格依赖性问题；利用滤波半径延拓算法避免局部极值现象。优化结果表明，有效地解决了棋盘格式和网格依赖性。通过算例解决了多工况下结构刚性拓扑优化问题。对柔性机构拓扑优化模型进行了改进，并对其凸性进行了分析。通过计算实例验证了所建立的微型柔性机构优化模型。对压电式微夹钳的实验结果表明，实验值与有限元计算值有较好的吻合性，位移和夹持力与控制...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图16新结构扭转工况应力云圈

TestandResearch试验·研究第44卷2013年5月誖图15新支撑后台结构有限元模型图16新结构扭转工况应力云图图17新结构扭转工况位移云图240kg，质量减少了21%。由此可看出，优化后的结构在满足搅拌车强度要求的情况下，实现了轻量化，达到了拓扑优化的目的。4结束语本....

图19新结构扭转工况位移云田240kg，质量减少了21%

TestandResearch试验·研究第44卷2013年5月誖图15新支撑后台结构有限元模型图16新结构扭转工况应力云图图17新结构扭转工况位移云图240kg，质量减少了21%。由此可看出，优化后的结构在满足搅拌车强度要求的情况下，实现了轻量化，达到了拓扑优化的目的。4结束语本....

图1.3电热驱动微型x一Y扫描器图】

热驱动[53l、电热机祸合驱动1191等领域，并研制了应用于MEMs中的多自由度微致动器，显示了拓扑优化技术在MEMS微型柔性机构设计领域强大的应用前景。图1.3为sigmund设计研制的电热驱动微型x一Y扫描器件154]，(a)为设计区域，(b)为拓扑优化结果，(c)为加工出的....

图2.6微结构单胞(a)设计域局部放大(b)单位微结构

后通过求解均匀化后的材料问题来得到所需要的属性。拓扑优化常用的微结构可以分为两类160]:带有内部空洞的微结构和层状复合材料，利用均匀化理论确定这些材料的宏观特性。以二维问题为例，如图2.6(a)所示，可将设计区域看成是由无穷多个按一定周期均匀分布的微小单胞组成的。在优化过程中，....

本文编号：3969603