基于拓?fù)鋬?yōu)化的柔順機(jī)構(gòu)應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、柔順機(jī)構(gòu)是一種利用構(gòu)件自身的彈性變形來完成力、運(yùn)動和能量的傳遞與轉(zhuǎn)換的新型機(jī)構(gòu)。與傳統(tǒng)的剛性機(jī)構(gòu)相比，柔順機(jī)構(gòu)具有減少構(gòu)件數(shù)量和裝配時(shí)間、簡化加工工序、無摩擦磨損和運(yùn)動副間隙，以及能降低振動和噪音等優(yōu)點(diǎn)，成為機(jī)構(gòu)學(xué)界研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。現(xiàn)階段對柔順機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法分為兩種，一種是基于偽剛體模型的設(shè)計(jì)法;另一種是基于結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化理論的設(shè)計(jì)方法。利用拓?fù)鋬?yōu)化理論對柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，只需給定設(shè)計(jì)域和指定輸入輸出位置，無需從一個(gè)已知的剛性機(jī)構(gòu)出發(fā)

2、，且所得的機(jī)構(gòu)具有優(yōu)化的力——位移輸入輸出關(guān)系，因而引起了人們的重視。
　　 柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)出現(xiàn)晚、發(fā)展快，仍存在許多難點(diǎn)和亟待研究的問題，應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)就是其中之一。柔順機(jī)構(gòu)在工作中必然要承受到外界載荷的作用，結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力，如果局部應(yīng)力過大，機(jī)構(gòu)就會失效，隨著柔順機(jī)構(gòu)在航空航天、MEMS和精密機(jī)械等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，柔順機(jī)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法的研究就顯得十分迫切。本文在學(xué)習(xí)和研究國內(nèi)外大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，基于拓?fù)鋬?yōu)化理論和有

3、限元的相關(guān)知識，對柔順機(jī)構(gòu)的應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法展開研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)考察彈性模量、設(shè)計(jì)域的厚度、外載荷和體積比的變化對優(yōu)化結(jié)構(gòu)中最大等效應(yīng)力的影響。
　　 (2)根據(jù)體積比與結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力的關(guān)系，提出了一種通過尋找合適的體積比來滿足應(yīng)力強(qiáng)度條件的方法——體積比控制法，數(shù)值算例證明了該方法的正確性和有效性。
　　 (3)基于滿應(yīng)力設(shè)計(jì)的思想并選取單元厚度為設(shè)計(jì)變量，提出了一種在柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化