發(fā)布時(shí)間：2020-06-06 14:49

【摘要】： 柔順機(jī)構(gòu)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。由于它具有的無(wú)運(yùn)動(dòng)間隙、無(wú)磨損、無(wú)需裝配等許多剛性機(jī)械不具備的特性,在航空航天、微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)等眾多高科技領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。柔順機(jī)構(gòu)是一種依靠自身的部分或全部具有柔性的構(gòu)件變形來(lái)輸出運(yùn)動(dòng)或力的機(jī)構(gòu),它的設(shè)計(jì)理念及方法與傳統(tǒng)的剛性機(jī)械設(shè)計(jì)方法有很大的不同,至今未形成系統(tǒng)完整的設(shè)計(jì)方法,本文針對(duì)這一問(wèn)題,在國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目的支持下,提出了軌跡輸出平面柔順機(jī)構(gòu)的一整套設(shè)計(jì)方法。 本文在連續(xù)體結(jié)構(gòu)力學(xué)中的拓?fù)鋬?yōu)化方法基礎(chǔ)上,研究平面柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的輪廓提取和形狀優(yōu)化方法,以形成柔順機(jī)構(gòu)從設(shè)計(jì)要求的提出到可加工形狀的生成的一套完整設(shè)計(jì)方法。主要工作包括:(1)分析了柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化的研究現(xiàn)狀,分析了目前柔順機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)、主要成果和尚未解決的問(wèn)題;(2)分析了基于SIMP的柔順機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)方法及其相關(guān)工具和模型;(3)針對(duì)柔順機(jī)構(gòu)輪廓提取的特殊要求,提出了密度等值線法的改進(jìn)方案,對(duì)密度函數(shù)插值點(diǎn)密度值進(jìn)行優(yōu)化,提出優(yōu)化模型和選擇優(yōu)化算法;(4)根據(jù)軌跡輸出平面全柔順機(jī)構(gòu)自身的形狀特點(diǎn),提出了軌跡輸出平面全柔順機(jī)構(gòu)的抽象方法,即應(yīng)用拓?fù)鋵W(xué)上的連通性原理將柔順機(jī)構(gòu)抽象成桿件和結(jié)點(diǎn)形式,并對(duì)相應(yīng)的數(shù)學(xué)原理進(jìn)行了證明;(5)提出了平面全柔順機(jī)構(gòu)的形狀還原和尺寸優(yōu)化方法,對(duì)抽象的柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行還原,將其輪廓還原成簡(jiǎn)單曲線的連接,從而建立尺寸優(yōu)化模型,對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì),在得到可加工的機(jī)構(gòu)輪廓的同時(shí)又能對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行特別處理;(6)進(jìn)行了柔順機(jī)構(gòu)的數(shù)值仿真設(shè)計(jì),并將所得設(shè)計(jì)結(jié)果導(dǎo)入商用有限元軟件中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),證明了設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性。 上述工作表明,本文的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以整合平面柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化設(shè)計(jì),并在微機(jī)電系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
【圖文】：

構(gòu)件變形來(lái)輸出運(yùn)動(dòng)或力的機(jī)構(gòu)。它是機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的綜合，，既能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和力的輸出又具備足夠的強(qiáng)度來(lái)承受一定的載荷。柔順機(jī)構(gòu)（Compliant Mechanisms）起源于 Burns 和 Crossley[3]在 1968 年對(duì)彈性連桿機(jī)構(gòu)的研究。而現(xiàn)代柔順機(jī)構(gòu)的概念明確提出于 1987 年。如圖 1 所示，柔順機(jī)構(gòu)根

13圖 2-1 四節(jié)點(diǎn)平面矩形單元Fig. 2.1 The four nodes planar rectangular element度矩陣正定，四個(gè)節(jié)點(diǎn)①( )1 1x ,y 、② ( )2 2x ,y 、單元內(nèi)部點(diǎn)的變形與四個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，通過(guò)位3 43 4a y a xy y b xy++對(duì)應(yīng)的代入式(2-3)可以求得1a 、2a 、3a 、4a 、
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH112

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本文編號(hào)：2699839