柔性雙穩(wěn)態(tài)及多穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、雙穩(wěn)態(tài)及多穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)借助其優(yōu)良的力學(xué)特性，在MEMS產(chǎn)品設(shè)計(jì)、微裝配和微操作、空間可展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用需求。但是國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀已反映出，目前柔性機(jī)構(gòu)在多穩(wěn)態(tài)構(gòu)型設(shè)計(jì)，跳躍閾值力及穩(wěn)態(tài)特性等方面存在許多難點(diǎn)以及亟待解決的問題。針對(duì)這些問題，本論文主要展開了以下研究工作:
　　1.針對(duì)柔性梁類雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)跳轉(zhuǎn)閾值力過高和雙穩(wěn)態(tài)特性不明顯的問題，提出了兩類低閾值雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法:(1)基于局部變截面的低閾值雙穩(wěn)態(tài)

2、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，采用截面局部加強(qiáng)的方法來改變雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)的跳躍路徑，即通過改變剛性截面的數(shù)目、剛性位置以及強(qiáng)化程度來降低結(jié)構(gòu)的跳轉(zhuǎn)臨界力。具體實(shí)現(xiàn)方法為:以降低跳轉(zhuǎn)力和增大保持力為優(yōu)化目標(biāo)，以剛性截面面積和剛性位置為優(yōu)化變量，采用先優(yōu)化跳轉(zhuǎn)力后優(yōu)化保持力的兩步優(yōu)化過程，得到一種具有四個(gè)加強(qiáng)單元的低閾值雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，數(shù)值試驗(yàn)驗(yàn)證了所提設(shè)計(jì)方法的可行性;(2)基于柔性側(cè)梁支撐的低閾值雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，通過改變?nèi)嵝粤汗潭ǘ说闹蝿偠葋磉_(dá)到降閾

3、值的目的。采用MEMSLIGA工藝制作樣件并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本論文所提方法確實(shí)可行。
　　2.針對(duì)雙穩(wěn)態(tài)柔性梁和板殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)個(gè)數(shù)少、行程不可控的問題，提出了兩類多穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法:(1)基于全柔性直線梁的內(nèi)外嵌套組合三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析方法，通過兩個(gè)不同尺度的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)之間的相互作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的三穩(wěn)態(tài)功能;(2)提出一種變厚度多穩(wěn)態(tài)板殼機(jī)構(gòu)，通過討論多穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)的不同剖面形狀對(duì)多穩(wěn)態(tài)力學(xué)特性的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)形狀為錐形時(shí)，力學(xué)特性