基于節(jié)點(diǎn)密度的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究.pdf

1、柔性機(jī)構(gòu)是一種依靠構(gòu)件自身彈性變形來輸出全部或部分運(yùn)動(dòng)、力和能量的新型裝置。由于柔性機(jī)構(gòu)為無鉸鏈機(jī)構(gòu)，因而具有無運(yùn)動(dòng)間隙和無摩擦磨損等優(yōu)點(diǎn)，在微機(jī)電系統(tǒng)、精密定位機(jī)構(gòu)和智能結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 本論文以連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法作為研究對(duì)象，主要討論了連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果中數(shù)值不穩(wěn)定問題及解決方法、分析了節(jié)點(diǎn)密度法、提出了多輸入多輸出柔性機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型及其輸出耦合的抑制等問題。 針對(duì)連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化

2、中出現(xiàn)的棋盤格式等數(shù)值計(jì)算不穩(wěn)定性現(xiàn)象，本文研究了以節(jié)點(diǎn)密度作為設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化方法，探討了節(jié)點(diǎn)密度法克服數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象的根本原因：它確保了設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的密度場(chǎng)函數(shù)具有C<,0>連續(xù)性，從而克服了棋盤格式問題。應(yīng)用節(jié)點(diǎn)密度法對(duì)熱致動(dòng)器進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明不需要借助濾波處理，節(jié)點(diǎn)密度法就能夠得到具有清晰拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化結(jié)果，真實(shí)的反映了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，同時(shí)探討了一定數(shù)量的網(wǎng)格數(shù)是求得滿意解的必要條件。算例表明該方法能夠有效消除拓?fù)鋬?yōu)

3、化中的棋盤格式和網(wǎng)格依賴等數(shù)值計(jì)算不穩(wěn)定性現(xiàn)象。 基于互能原理，本文研究了以互能和應(yīng)變能比值作為目標(biāo)函數(shù)的多輸入多輸出柔性機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了基于節(jié)點(diǎn)密度法的多輸入多輸出柔性機(jī)構(gòu)敏度計(jì)算的解析表達(dá)式，同時(shí)考慮了對(duì)輸出耦合的抑制，使多自由度的柔順機(jī)構(gòu)的控制更加容易。同時(shí)介紹了拓?fù)鋬?yōu)化的有限元計(jì)算步驟及流程，并通過Matlab語言編程來實(shí)現(xiàn)。 對(duì)二維微執(zhí)行器這一多輸入多輸出拓?fù)鋬?yōu)化問題進(jìn)行了研究，在考慮輸出耦合抑制地