柔性機構(gòu)具有易整體加工、精度高、免于裝配、無摩擦磨損等優(yōu)勢,廣泛應用于航空航天、醫(yī)學工程、微機電系統(tǒng)與光學觀測控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。但是,使柔性機構(gòu)在滿足剛度需求的同時實現(xiàn)大行程的平動或轉(zhuǎn)動以及避免軸漂與寄生誤差等問題一直是柔性機構(gòu)的設計難點。本文以柔性轉(zhuǎn)動機構(gòu)設計為研究對象,針對柔性機構(gòu)的設計難點,利用拓撲優(yōu)化方法對柔性轉(zhuǎn)動鉸機構(gòu)的初始結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計,使其在滿足剛度需求的同時實現(xiàn)大行程轉(zhuǎn)動。再利用設計的柔性轉(zhuǎn)動鉸,針對光學觀測控制系統(tǒng)的平面鏡轉(zhuǎn)動控制問題,設計構(gòu)建了一種柔性調(diào)節(jié)裝置。首先,針對柔性轉(zhuǎn)動鉸機構(gòu)的設計,根據(jù)需求設定初始模型及剛性區(qū)域與彈性結(jié)構(gòu)區(qū)域,利用水平集方法對柔性轉(zhuǎn)動鉸機構(gòu)的初始結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化設計,使其可以實現(xiàn)盡可能大的轉(zhuǎn)動位移以及盡可能小的平動位移從而滿足設計需求。對優(yōu)化后的模型進行結(jié)構(gòu)重構(gòu),并對出現(xiàn)的邊緣鋸齒狀以及結(jié)構(gòu)尖角等問題進行分析處理,從而初步地避免應力集中問題。其次,利用ANSYS有限元分析軟件對重構(gòu)后的柔性轉(zhuǎn)動鉸機構(gòu)進行有限元仿真分析,從位移變化情況、應力變化情況以及轉(zhuǎn)角變化情況來對柔性轉(zhuǎn)動鉸機構(gòu)的性能進行分析。優(yōu)化后的柔性轉(zhuǎn)動鉸機構(gòu)在保證結(jié)構(gòu)安全性的前提... 

【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

施加邊界約束的柔性轉(zhuǎn)動鉸機構(gòu)的設計模型

d 表示Z 軸方向上系數(shù)。因此，在柔性轉(zhuǎn)動鉸機構(gòu)束的條件下，如何讓轉(zhuǎn)動位移最構(gòu)的位移和應變進行數(shù)值求解，化問題。標函數(shù)中的轉(zhuǎn)動位移來控制柔數(shù)中的平動位移來實現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)剛度需求。，為了減少拓撲優(yōu)化的計算量，值計算，為了更好地實現(xiàn)水平集圖 2.3 所示。

通過調(diào)節(jié)目標函數(shù)中的權(quán)重系數(shù)可以獲得不同的優(yōu)化結(jié)果，其中優(yōu)化后的兩組典型算例的結(jié)果如圖2.4 所示。其中，案例 I 結(jié)構(gòu)是使目標函數(shù)中的轉(zhuǎn)動位移實現(xiàn)最大化得到的，并未考慮平動位移最小化要求。相應地，案例 II 結(jié)構(gòu)主要考慮轉(zhuǎn)動位移最大化的同時使得平動位移最小化，此結(jié)構(gòu)的柔性轉(zhuǎn)動鉸具有更好地柔性與剛度綜合性能。由圖 2.4 所示，優(yōu)化后的兩組結(jié)構(gòu)均可以很好地表達結(jié)構(gòu)的幾何形狀，但是由于網(wǎng)格密度的影響從而導致優(yōu)化后的兩組結(jié)果存在尖角與邊緣鋸齒狀現(xiàn)象，因此可以針對出現(xiàn)的這兩種問題分別對優(yōu)化后的案例 I 與案例 II 結(jié)構(gòu)進行

【參考文獻】：
期刊論文
[1]新型直圓導角復合型多軸柔性鉸鏈的柔度計算及其性能分析[J]. 劉慶玲,羅萍,于常娟.  中國機械工程. 2018(20)
[2]空間引力波望遠鏡主鏡組件的結(jié)構(gòu)設計[J]. 李鈺鵬,王智,沙巍,吳清文,趙亞.  紅外與激光工程. 2018(08)
[3]圓弧柔性鉸鏈的優(yōu)化設計[J]. 李耀,吳洪濤,楊小龍,康升征,程世利.  光學精密工程. 2018(06)
[4]基于遺傳算法的柔性鉸鏈參數(shù)優(yōu)化設計[J]. 吳禮瓊,徐愛群.  機床與液壓. 2018(10)
[5]具有提升功能的新型柔性鉸鏈設計[J]. 邱麗芳,陳明坤,冷迎春,王晶琳.  哈爾濱工程大學學報. 2018(08)
[6]二自由度開口型空間夾持機構(gòu)研究[J]. 曹毅,劉凱,桂和利,周輝,張洪.  機械工程學報. 2018(11)
[7]超輕反射鏡串聯(lián)柔性支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計[J]. 張雷,柯善良,李林,賈學志,杜一民.  光子學報. 2018(01)
[8]光學元件狹縫柔性調(diào)節(jié)機構(gòu)的設計與分析[J]. 董世則,郭抗,李顯凌,陳華男,張德福.  中國光學. 2017(06)
[9]一種新型大口徑光柵拼接柔性定位機構(gòu)剛度分析[J]. 邵忠喜,吳石磊,富宏亞.  機械工程學報. 2018(13)
[10]新型單軸柔性鉸鏈拓撲結(jié)構(gòu)設計與柔度分析[J]. 邱麗芳,陳海翔,吳友煒.  北京航空航天大學學報. 2018(06)

博士論文
[1]天基大口徑反射鏡輕量化設計及復合支撐技術(shù)研究[D]. 王克軍.中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所) 2016

碩士論文
[1]空間反射鏡bipod支撐技術(shù)研究[D]. 周宇翔.中國科學院研究生院(上海技術(shù)物理研究所) 2016



本文編號：2909915