基于變密度法的柔順機構(gòu)拓撲優(yōu)化研究

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1、國內(nèi)圖書分類號：TH122;TP391.9密級：公開國際圖書分類號：004；621西南交通大學(xué)研究生學(xué)位論文基于變密度法的柔順機構(gòu)拓撲優(yōu)化研究年級：二零一五級姓名：高松松申請學(xué)位級別：工學(xué)碩士專業(yè)：機械設(shè)計及理論指導(dǎo)老師：田懷文二零一八年五月ClassifiedIndex:TH122;TP391.9U.D.C:004:621SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTopologyOptimizationofCompliantMechanismBasedonVariableDensityMethodGrade:2015Candidate:G

2、aoSongsongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpeciality:MechanicalDesignandTheorySupervisor:Prof.TianHuaiwenMay,2018西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1頁摘要近年來，柔順機構(gòu)逐漸被人們所知，成為許多學(xué)者關(guān)注的焦點。柔順機構(gòu)摒棄了傳統(tǒng)剛性機構(gòu)的缺點，具有許多傳統(tǒng)剛性機構(gòu)無法比擬的優(yōu)點，諸如：結(jié)構(gòu)簡單，裝配難度小，節(jié)省材料，加工成本和人力成本低、機構(gòu)壽命高等。正因為柔順機構(gòu)有以上優(yōu)點，柔順機構(gòu)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。而連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化是柔順機構(gòu)設(shè)計方法中的研究熱點和難點

3、。本文對ICM方法進行了研究，系統(tǒng)研究了ICM方法的基礎(chǔ)概念，包括獨立拓撲優(yōu)化變量的建立，過濾函數(shù)和磨光函數(shù)以及參數(shù)的映射和反映射。根據(jù)ICM方法的過濾函數(shù)概念和變密度法建立了基于位移的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化模型，并研究了序列二次規(guī)劃算法、優(yōu)化準則法和移動漸近線系列方法求解優(yōu)化模型時的效率。研究了基于變密度法的SIMP方法。對比過濾函數(shù)和SIMP插值模型相同點，將過濾函數(shù)作為懲罰函數(shù)，以體積比為約束函數(shù)，分別以最大輸出位移和最大機械性能為目標函數(shù)，建立柔順機構(gòu)拓撲優(yōu)化模型。以位移反向器為例，應(yīng)用優(yōu)化準則法和移動漸近線法求解，對比求解效率和求解結(jié)果，對過濾函數(shù)參數(shù)進行了選取，驗證了過濾函數(shù)作為

4、懲罰函數(shù)的可行性。針對SIMP方法和Sigmoid方法的缺點，對Sigmoid方法進行了改進。本文基于Msc.Patran&Nastran建立了柔順機構(gòu)參數(shù)化建模分析的二次開發(fā)平臺，利用Msc.Patran的二次開發(fā)語言PCL語言，建立了參數(shù)化建模分析模塊，簡化了建模和分析流程，方便操作。根據(jù)Msc.Patran的模型及分析結(jié)果和Isight優(yōu)化軟件，建立了柔順夾鉗的拓撲優(yōu)化流程框圖。使用建立的優(yōu)化平臺進行位移反向器結(jié)構(gòu)設(shè)計，驗證了文中方法的正確性，對柔順機構(gòu)設(shè)計具有借鑒意義。關(guān)鍵詞：柔順機構(gòu)，拓撲優(yōu)化，懲罰函數(shù)，PCL二次開發(fā)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2頁AbstractInre

5、centyears,thecompliantmechanismisgraduallybeingknown,andhasbecomethefocusofmanyscholars.Thecompliantmechanismabandonstheshortcomingsofthetraditionalrigidstructureandhasmanyadvantagesovertraditionalrigidstructure,suchas:simplestructure,lowassemblydifficulty,materialsaving,lowprocessingcostandlabor

6、cost,andhighlifespan,thuscompliantmechanismiswidelyusedinmanyfields.Topologyoptimizationofcontinuumstructureisahotspotanddifficultyinthedesignofcompliantstructure.ThispaperstudiestheICMmethodandsystematicallystudiesthebasicconceptsoftheICMmethod,includingtheestablishmentofindependenttopologyoptim

7、izationvariables,filterfunctionsandsmoothingfunctions,andthemappingandinversemappingofparameters.AccordingtotheconceptoffilterfunctionofICMmethodandvariabledensitymethod,atopologyoptimizationmodelofdisplacement-basedco