基于基础结构法的柔顺机构拓扑优化设计研究

发布时间：2024-06-11 23:57

　　柔顺机构是通过其部分或全部具有柔性构件的弹性变形来传递力和运动的机构。它具有结构简单、容易制造、无摩擦磨损、容易装配、高精度、高可靠性、轻质量及实现微型化等优点。它已经在微机电系统器件设计、生物工程显微操作、光纤对接和航空航天等领域得到广泛应用。采用拓扑优化方法设计柔顺机构,只需给定设计域和指定输入输出位置,无需从一个已知的刚性机构出发,且所得机构具有优化的力-位移输入输出关系,因而引起了人们的重视。本文基于基础结构法,对柔顺机构动力学、可靠性及几何非线性拓扑优化设计进行了深入的研究,主要研究内容如下: (1)基于基础结构法进行了多输入多输出柔顺机构多目标拓扑优化。建立了柔顺机构多目标拓扑优化的数学模型,目标函数以应变能最小和互应变能最大来满足机构的刚度和柔度需求。在此基础上,推导了描述多输入多输出柔顺机构柔性的互应变能公式和描述机构刚性的应变能公式,给出了抑制输出耦合效应的计算公式,建立了考虑抑制输出耦合效应时多输入多输出柔顺机构的多目标拓扑优化数学模型。通过数值算例验证该模型的有效性。 (2)基于基础结构法进行了柔顺机构动力学拓扑优化。以动力放大系数最大化与应变能最小化的加权函数为...

【文章页数】：136 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1刚性夹钳和柔顺夹钳

而这些传统机械结构中的零部件随着尺寸的小型、微型及微纳的需要，所面临的制造、装配和维护中的困难就越来越突出。另外，这些传统机械结构形式的传动副也常常无法满足微型及小型机械对传递力和运动的需要。随着机构学、结构力学以及计算机技术的发展，在它们相交叉的领域内，为了达到微机械系统所要求....

图2-9微夹持柔顺机构拓扑图

outUoutUFF(a)微夹持机构设计域和边界条件(b)等价设计域图2-8微夹持柔顺机构设计域Fig.2-8Designdomainofgrippermechanism表2-1设计域尺寸、材料及输入输出的参数Table2-1Inputparamet....

图2-10拓扑优化迭代过程

图2-10拓扑优化迭代过程Fig.2-10Convergencehistory9(b)分别为微夹持柔顺机构的拓扑优化结果和曲线。结构是对称的，对于对称的半边结构来说是多拓扑优化模型在如图2-11的设计域中设计出计域的尺寸，材料及输入输出的参数如表2-21F2F迭代次....

图2-12卷边柔顺机构拓扑图

(a)最优拓扑图(b)机构变形图图2-12卷边柔顺机构拓扑图Fig.2-12Optimalreusltofcurlingmechanism图2-12(a)和图2-12(b)分别为卷边柔顺机构的拓扑优化结果和变形图，图2-1数优化迭代过程曲线。图2-13....

本文编号：3992908