基于變密度法的柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究

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1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TH122;TP391.9密級(jí)：公開國(guó)際圖書分類號(hào)：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(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究年級(jí)：二零一五級(jí)姓名：高松松申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)老師：田懷文二零一八年五月ClassifiedIndex:TH122;TP391.9U.D.C:004:621SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTopologyOptimizationofCompliantMechanismBasedon

2、VariableDensityMethodGrade:2015Candidate:GaoSongsongAcademicDegreeAppliedfor: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(jī)構(gòu)逐漸被人們所知，成為許多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。柔順機(jī)構(gòu)摒棄了傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，具有許多傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，諸如：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝

3、配難度小，節(jié)省材料，加工成本和人力成本低、機(jī)構(gòu)壽命高等。正因?yàn)槿犴槞C(jī)構(gòu)有以上優(yōu)點(diǎn)，柔順機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。而連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是柔順機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文對(duì)ICM方法進(jìn)行了研究，系統(tǒng)研究了ICM方法的基礎(chǔ)概念，包括獨(dú)立拓?fù)鋬?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?fù)鋬?yōu)化模型，并研究了序列二次規(guī)劃算法、優(yōu)化準(zhǔn)則法和移動(dòng)漸近線系列方法求解優(yōu)化模型時(shí)的效率。研究了基于變密度法的SIMP方法。對(duì)比過濾函數(shù)和SIM

4、P插值模型相同點(diǎn)，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(jī)械性能為目標(biāo)函數(shù)，建立柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型。以位移反向器為例，應(yīng)用優(yōu)化準(zhǔn)則法和移動(dòng)漸近線法求解，對(duì)比求解效率和求解結(jié)果，對(duì)過濾函數(shù)參數(shù)進(jìn)行了選取，驗(yàn)證了過濾函數(shù)作為懲罰函數(shù)的可行性。針對(duì)SIMP方法和Sigmoid方法的缺點(diǎn)，對(duì)Sigmoid方法進(jìn)行了改進(jìn)。本文基于Msc.Patran&Nastran建立了柔順機(jī)構(gòu)參數(shù)化建模分析的二次開發(fā)平臺(tái)，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，

5、簡(jiǎn)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?fù)鋬?yōu)化流程框圖。使用建立的優(yōu)化平臺(tái)進(jìn)行位移反向器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了文中方法的正確性，對(duì)柔順機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有借鑒意義。關(guān)鍵詞：柔順機(jī)構(gòu)，拓?fù)鋬?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AbstractInrecentyears,thecompliantmechanismisgraduallybeingknown,andhasbecomethefocusofmanyscholars

6、.Thecompliantmechanismabandonstheshortcomingsofthetraditionalrigidstructureandhasmanyadvantagesovertraditionalrigidstructure,suchas:simplestructure,lowassemblydifficulty,materialsaving,lowprocessingcostandlaborcost,andhighlifespan,thuscompliantmechanismis

7、widelyusedinmanyfields.Topologyoptimizationofcontinuumstructureisahotspotanddifficultyinthedesignofcompliantstructure.ThispaperstudiestheICMmethodandsystematicallystudiesthebasicconceptsoftheICMmethod,includingtheestablishmentofindependenttopologyoptimiza

8、tionvariables,filterfunctionsandsmoothingfunctions,andthemappingandinversemappingofparameters.AccordingtotheconceptoffilterfunctionofICMmethodandvariabledensitymethod,atopologyoptimizationmodelofdisplacement-basedco