基于截面構(gòu)型優(yōu)化的多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)跳躍特征設(shè)計.pdf

1、多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在行程范圍內(nèi)具有多個穩(wěn)定位置，具有閾值跳躍、無摩擦、響應(yīng)快、定位精度高、能耗低等優(yōu)良特點，在精密定位，碰撞開關(guān)、驅(qū)動器以及變體飛機等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究表明，多穩(wěn)態(tài)特征嚴重依賴于結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和構(gòu)型形式，現(xiàn)有的方法主要通過改變宏觀結(jié)構(gòu)尺寸（如長度、厚度和寬度）來調(diào)整跳躍閾值力、穩(wěn)態(tài)保持力及其比值等力學特性，難以實現(xiàn)等幾何尺寸約束下的多穩(wěn)態(tài)力學特性設(shè)計。因此，本文在研究影響多穩(wěn)態(tài)力學特性的基礎(chǔ)上，提出通過改變結(jié)構(gòu)局部幾何特

2、征來實現(xiàn)特定多穩(wěn)態(tài)特性的優(yōu)化設(shè)計，以滿足不同應(yīng)用場合的需求。具體工作包括:
　　1)針對雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)正反行程跳躍閾值不等引起的驅(qū)動困難，提出基于局部單元截面構(gòu)型優(yōu)化的穩(wěn)態(tài)跳躍閾值控制方法，其次引入雙穩(wěn)態(tài)特征系數(shù)γ，來描述跳躍閾值力和穩(wěn)態(tài)保持力之間的關(guān)系，建立具有特定穩(wěn)態(tài)特征的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型。具體包括:a)建立了對稱式雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)跳躍力控制模型，采用分步優(yōu)化的方法，得到了幾類具有不同雙穩(wěn)態(tài)特征系數(shù)的余弦梁新構(gòu)型，使其跳躍閾值在小

3、于原始結(jié)構(gòu)閾值的范圍內(nèi)可調(diào);b)建立了非對稱式雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的力學特征優(yōu)化設(shè)計方法，以特定的雙穩(wěn)態(tài)特征系數(shù)和跳躍閾值為目標，通過局部單元截面形狀、位置和長度的協(xié)同優(yōu)化設(shè)計，使其跳躍閾值最大可降低47.8％，雙穩(wěn)態(tài)特征系數(shù)變化范圍目標偏差低于1％。
　　2)研究了新型雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的頻響特性。通過有限元仿真分析，得到了非線性余弦雙穩(wěn)態(tài)梁結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)特性和簡諧激勵響應(yīng)特性曲線。結(jié)果表明，雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)具有顯著的幅值依賴特性，可用于機械