基于拓?fù)鋬?yōu)化的柔順機(jī)構(gòu)應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法研究.pdf

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1、學(xué)校代碼：10255學(xué)號(hào)：2080520基于拓?fù)鋬?yōu)化的柔顧機(jī)構(gòu)應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法研究ResearchonStrengthFailureDesignforCompliantMechanismswithTopologyOptimization作者姓名：專業(yè)名稱：導(dǎo)師姓名：東華大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：我恪守學(xué)術(shù)道德，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)。所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已明確注明和引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品及成果的內(nèi)容。論文為本人親自撰寫，我對(duì)所寫的內(nèi)容負(fù)責(zé)，并完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文

2、作者簽名：勇專程燮Ft期：2DI1年2月2P日東華大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用說明書學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱或借閱。本人授權(quán)東華大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行監(jiān)視，可以影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密口，在——年內(nèi)解密后適用本版本授權(quán)書本學(xué)位論文屬于不保密囪。學(xué)位論文作者簽名：張稻瞍指?躲硯二琵日期：2111年上月工2日日期：2011年2月2-8日東華大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要基于拓?fù)鋬?yōu)化的柔順機(jī)構(gòu)應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法研究摘要柔順機(jī)構(gòu)是一種利用構(gòu)件自身的彈性

3、變形來完成力、運(yùn)動(dòng)和能量的傳遞與轉(zhuǎn)換的新型機(jī)構(gòu)。與傳統(tǒng)的剛性機(jī)構(gòu)相比，柔順機(jī)構(gòu)具有減少構(gòu)件數(shù)量和裝配時(shí)間、簡(jiǎn)化加工工序、無(wú)摩擦磨損和運(yùn)動(dòng)副間隙，以及能降低振動(dòng)和噪音等優(yōu)點(diǎn)，成為機(jī)構(gòu)學(xué)界研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)?，F(xiàn)階段對(duì)柔順機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法分為兩種，一種是基于偽剛體模型的設(shè)計(jì)法；另一種是基于結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化理論的設(shè)計(jì)方法。利用拓?fù)鋬?yōu)化理論對(duì)柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，只需給定設(shè)計(jì)域和指定輸入輸出位置，無(wú)需從一個(gè)已知的剛性機(jī)構(gòu)出發(fā)，且所得的機(jī)構(gòu)具有優(yōu)化的力——位移輸入輸出關(guān)系，因而引起了人們的重視。柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)出現(xiàn)晚、發(fā)展快，仍存在許多難點(diǎn)和亟待研究的問題，應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)就是其中之一。柔順機(jī)構(gòu)在工作中必

4、然要承受到外界載荷的作用，結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力，如果局部應(yīng)力過大，機(jī)構(gòu)就會(huì)失效，隨著柔順機(jī)構(gòu)在航空航天、MEMS和精密機(jī)械等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，柔順機(jī)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法的研究就顯得十分迫切。本文在學(xué)習(xí)和研究國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，基于拓?fù)鋬?yōu)化理論和有限元的相關(guān)知識(shí)，對(duì)柔順機(jī)構(gòu)的應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法展開研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)考察彈性模量、設(shè)計(jì)域的厚度、外載荷和體積比的變化對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)中最大等效應(yīng)力的影響。東華大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要(2)根據(jù)體積比與結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力的關(guān)系，提出了一種通過尋找合適的體積比來滿足應(yīng)力強(qiáng)度條件的方法一體積比控制法，數(shù)值算例證明了該方法的正確性和有效性。(3)基于滿應(yīng)力設(shè)計(jì)

5、的思想并選取單元厚度為設(shè)計(jì)變量，提出了一種在柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化過程中通過控制單元厚度來滿足應(yīng)力強(qiáng)度條件的方法——單元厚度控制法，并根據(jù)工程實(shí)用性對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)，數(shù)值算例證明了該方法的有效性和正確性。關(guān)鍵詞：柔順機(jī)構(gòu)，拓?fù)鋬?yōu)化，強(qiáng)度設(shè)計(jì)，密度懲罰法東華大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTResearchonStrengthFailureDesignforCompliantMechanismswithTopologyOptimizationABSTRACTCompliantmechanismisakindofnewmechanismswhichcouldtransfermovementandf

6、orcethroughtheelasticdeformationofitscomponents．Comparedwiththetraditionalrigid-bodymechanism，compliantmechanismhaslesscomponents，useslessassemblytime，hasnofrictionalweal-andkinematicpairgaps，SOitbecomesahotspotofmechanismresearch．Atpresent,therearetwowaystodesigncompliantmechanisms，oneisbasedon

7、pseudo-rigid—bodymode，andtheotherisachievedthroughtopologicaloptimizationtheory．Whendesigningcompliantmechanismthroughtopologicaloptimizationtheory，thedesigndomainandthelocationofinputandoutputareonlyneed，anexistingmechanism