【摘要】：柔性機(jī)構(gòu)是代替?zhèn)鹘y(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)而出現(xiàn)的一類機(jī)構(gòu),因其無需裝配、無需潤滑以及較強(qiáng)的小型化能力等優(yōu)異特性具有廣闊的應(yīng)用前景。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要手段,在柔性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中同樣扮演著重要的角色,其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力為柔性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用帶來了巨大的動(dòng)力。然而,對于實(shí)際應(yīng)用而言,拓?fù)湓O(shè)計(jì)所產(chǎn)生的集中式柔性鉸鏈并不利于柔性機(jī)構(gòu)的精確制造和長期使用,這就要求在設(shè)計(jì)階段應(yīng)該盡量避免集中鉸鏈。另外,相比于集中式柔性機(jī)構(gòu),分布式柔性機(jī)構(gòu)由于無應(yīng)力集中,變形分布均勻等優(yōu)點(diǎn)往往具有更合理的構(gòu)型和更強(qiáng)勁的競爭力,因此研究分布式柔性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法具有重要的意義。本文旨在研究描述機(jī)構(gòu)應(yīng)變均勻性的函數(shù),并在拓?fù)湓O(shè)計(jì)階段考慮機(jī)構(gòu)應(yīng)變均勻性,從而消除了集中式鉸鏈,控制機(jī)構(gòu)變形情況,獲得分布式柔性機(jī)構(gòu)。本文的主要工作包括:1.基于結(jié)構(gòu)等效應(yīng)變總結(jié)了描述機(jī)構(gòu)應(yīng)變響應(yīng)及其分布情況的應(yīng)變分布函數(shù)、全局等效應(yīng)變、最大等效應(yīng)變以及偏移最大應(yīng)變,對比分析了四種應(yīng)變響應(yīng)之間的區(qū)別,并通過多目標(biāo)優(yōu)化方法建立了基于應(yīng)變響應(yīng)函數(shù)和輸出端位移最大化的柔性機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型,開展了算法和程序代碼的開發(fā);2.基于上述多目標(biāo)優(yōu)化模型求解了柔性夾鉗和柔性逆變器數(shù)值算例,設(shè)計(jì)結(jié)果顯示在柔性機(jī)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)中考慮應(yīng)變分布函數(shù)能夠得到應(yīng)變分布均勻的柔性機(jī)構(gòu);考慮最大等效應(yīng)變可以消除集中式鉸鏈但機(jī)構(gòu)應(yīng)變分布并不均勻;考慮全局等效應(yīng)變并不能消除集中式鉸鏈,更不能得到分布式柔性機(jī)構(gòu);考慮偏移最大應(yīng)變既能降低最大等效應(yīng)變,消除集中式鉸鏈,又能得到較均勻的應(yīng)變分布,得到分布式柔性機(jī)構(gòu);3.發(fā)展了考慮幾何非線性和應(yīng)變均勻分布的大變形柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)化模型,使用能量插值法處理了低密度單元數(shù)值不穩(wěn)定的問題,使用伴隨法求解了目標(biāo)函數(shù)靈敏度,并基于多目標(biāo)優(yōu)化模型設(shè)計(jì)了柔性夾鉗,結(jié)果證實(shí)了非線性分析的必要性以及應(yīng)變分布函數(shù)的有效性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH112;TH122

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