面向柔顺机构的拓扑优化设计应用拓展研究

发布时间：2017-07-07 17:20

  本文关键词：面向柔顺机构的拓扑优化设计应用拓展研究

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【摘要】：柔顺机构主要靠机构中的柔性构件(杆件)的变形来实现机构的主要运动和功能,与传统机构相比,它同样也能实现运动、力和能量的传递和转换。其具有制造成本低、不需润滑、无污染、少有或者没有关节,轻质精密等特点,广泛应用于高精密、轻量化工作要求的环境中,常常需要保证很高的控制精度。然而,利用柔顺机构中柔性构件的弹性变形来实现运动时,柔性构件需要额外的输入使弹性构件发生变形,导致机构中非期望的能量存储,并以回程反力做功的形式释放。这种柔性机构的储能释放特性在一定程度上降低了其使用性能,尤其在对力的传递具有精确要求的环境里。同时柔顺机构在运转过程中,因构件自身的质量会绕着其质心转动从而产生惯性力,这种惯性力传递到机架从而产生震动,这种震动会严重影响柔顺机构的性能。 本文采用基础结构法描述拓扑模型并以遗传算法进行优化,对柔顺机构的震动力平衡及静态平衡设计进行深入的研究。依据平面连杆机构震动力平衡准则,在现行的添加弹簧和配重法的理论基础上,提出了添加弹簧质心法与变截面配重质心法,并运用到柔顺机构震动力平衡的拓扑优化设计中,在减少“储能”对柔顺机构的影响的同时,实现了机构设计与震动力平衡同步进行的基于震动力平衡的柔顺机构拓扑优化设计。且本文采用经典的仿真技术软件(MATLAB)对提出方法进行了证明。仿真结果证明本文提出的方法实现了震动力平衡的优化目的。 文章的贡献主要有三个方面：首先,优化模型引入了应力约束；其次,提出了添加弹簧法和横截面积法来实现柔顺机构的震动力平衡优化；最后,在MATLAB软件平台上仿真实验以上所提出的方法并得到较好的实验结果进行比对分析各个方法的有效性。柔顺机构的震动力平衡研究对于生物医学系统中用于植入生物体系统的物理植入物(柔顺机构)的发展具有很大的意义。
【关键词】：柔顺机构 拓扑优化 基础结构法 震动力平衡
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 拓扑优化的国内外发展现状11-16
• 1.1.2 结构优化中的拓扑优化11-13
• 1.1.3 拓扑优化模型13-14
• 1.1.4 离散体结构的拓扑优化14-15
• 1.1.5 连续体结构的拓扑优化15-16
• 1.2 柔顺机构国内外发展现状16-21
• 1.2.1 柔顺机构16-19
• 1.2.2 柔顺机构的设计方法19-21
• 1.2.3 柔顺机构平衡研究21
• 1.3 本课题的研究意义21-22
• 1.4 本文的主要研究的内容和工作22-23
• 1.5 本章小结23-24
• 第2章 采用应力约束的柔顺机构多目标拓扑优化模型24-38
• 2.1 基础结构法24-25
• 2.2 遗传算法25-27
• 2.3 12点结构拓扑优化算例27-37
• 2.3.1 整体刚度矩阵K31-34
• 2.3.2 应力约束34-35
• 2.3.3 算例结果与程序流程图35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 柔顺机构震动力平衡设计38-55
• 3.1 震动力及震动力平衡38-39
• 3.2 柔顺机构震动力平衡设计的意义39
• 3.3 总质心位移法及算例39-45
• 3.4 添加弹簧质心法45-54
• 3.4.1 添加弹簧质心法(途径1)及算例46-50
• 3.4.2 添加弹簧质心法(途径2)及算例50-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 柔顺机构满应力法震动力平衡设计55-68
• 4.1 配重法55-57
• 4.2 满应力设计57
• 4.4 变截面配重质心法算例57-62
• 4.5 分析对比62-63
• 4.6 方法整合63-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第5章 总结与展望68-71
• 5.1 本文的主要工作68
• 5.2 对未来的展望68-69
• 5.3 蛋白质药物的应用69-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文76-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 ;TOPOLOGY OPTIMIZATION OF TRUSS STRUCTURES WITH SYSTEMATIC RELIABILITY CONSTRAINTS UNDER MULTIPLE LOADING CASES[J];Acta Mechanica Solida Sinica;1999年02期

2 ;SIMULTANEOUS SHAPE AND TOPOLOGY OPTIMIZATION OF TRUSS UNDER LOCAL AND GLOBAL STABILITY CONSTRAINTS[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2003年02期

3 蔡文学,程耿东;桁架结构拓扑优化设计的模拟退火算法[J];华南理工大学学报(自然科学版);1998年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张守银;柔顺机构的软化和静态平衡设计[D];西安电子科技大学;2012年

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本文编号：531123