基于拓撲優(yōu)化的柔順機構應力強度設計方法研究.pdf

1、柔順機構是一種利用構件自身的彈性變形來完成力、運動和能量的傳遞與轉(zhuǎn)換的新型機構。與傳統(tǒng)的剛性機構相比，柔順機構具有減少構件數(shù)量和裝配時間、簡化加工工序、無摩擦磨損和運動副間隙，以及能降低振動和噪音等優(yōu)點，成為機構學界研究領域的新熱點?，F(xiàn)階段對柔順機構的設計方法分為兩種，一種是基于偽剛體模型的設計法;另一種是基于結(jié)構拓撲優(yōu)化理論的設計方法。利用拓撲優(yōu)化理論對柔順機構進行設計時，只需給定設計域和指定輸入輸出位置，無需從一個已知的剛性機構出發(fā)

2、，且所得的機構具有優(yōu)化的力——位移輸入輸出關系，因而引起了人們的重視。
　　 柔順機構的拓撲優(yōu)化技術出現(xiàn)晚、發(fā)展快，仍存在許多難點和亟待研究的問題，應力強度設計就是其中之一。柔順機構在工作中必然要承受到外界載荷的作用，結(jié)構內(nèi)部產(chǎn)生了應力，如果局部應力過大，機構就會失效，隨著柔順機構在航空航天、MEMS和精密機械等領域的廣泛應用，柔順機構強度設計方法的研究就顯得十分迫切。本文在學習和研究國內(nèi)外大量文獻的基礎上，基于拓撲優(yōu)化理論和有

3、限元的相關知識，對柔順機構的應力強度設計方法展開研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)考察彈性模量、設計域的厚度、外載荷和體積比的變化對優(yōu)化結(jié)構中最大等效應力的影響。
　　 (2)根據(jù)體積比與結(jié)構最大等效應力的關系，提出了一種通過尋找合適的體積比來滿足應力強度條件的方法——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)基于滿應力設計的思想并選取單元厚度為設計變量，提出了一種在柔順機構的拓撲優(yōu)化