一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化方法

针对多输入多输出柔顺机构的输出位移最大化拓扑优化问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法.首先,引入柔顺度的小量变化约束函数来处理柔顺机构拓扑优化的病态载荷问题和类铰链问题.基于传统界限公式法思路,通过一个界限变量将多个输出位移最大化目标等效转化为多个约束条件,构建了一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化的界限公式模型.然后...     

基于可靠性的柔顺微夹持机构几何非线性拓扑优化

为减少因制造过程中的不确定性因素而导致的机构性能下降现象,文中给出了一种基于可靠性的柔顺机构几何非线性拓扑优化设计方法.首先,建立增量形式的平衡方程,采用Total-Lagrange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术获得几何非线性的结构响应.其次,考虑几何尺寸及作用荷载大小的不确定性,建立柔顺机构多目标拓扑优化数学模型.目标函数以平均柔度最小和几何增益最大来满足机构的刚度和柔度需求;可靠度的概率约束采用一次可靠度方法计算;目标函数灵敏度分析采用伴随求解技术;拓扑优化采用固体各向同性材料插值方法,并用移动渐近方法进行迭代求解.最后,以柔顺微夹钳的可靠性拓扑优化为例进行研究,发现基于可靠性的拓扑优化所得机构比确定性拓扑优化所得机构更合理,说明文中所提方法是正确和有效的.     

基于拓扑优化的微夹钳设计

采用以互能和应变能比值作为目标函数的柔性结构拓扑优化方法完成了微夹钳的概念设计.结合具体的夹持对象和工作环境,在微夹钳概念设计基础上确定了微夹钳的最终结构形式.采用有限元法分析了微夹钳的传动比与夹持力,并在万能工具显微镜下测量了微夹钳原型的传动比与夹持力.试验结果表明:当微夹钳钳口尺寸为0.45mm时,微夹钳的平均传动比为22.89,最大夹持力为356.16mN,并且钳口的位移和夹持力与压电陶瓷的输入位移有良好的线性关系,与有限元计算结果基本吻合.这表明连续体拓扑优化方法在微夹钳的设计中有着重要指导作用.     

一种新的考虑柔顺度要求的结构拓扑优化方法

为了解决拓扑优化分析计算量大和材料分布等问题,提出一种不影响算法收敛性的设计空间调整手段.针对体积约束和柔顺度最小的结构拓扑优化问题,采用变体积约束限的方法控制柔顺度变化的步长,然后,根据优化准则法,提出一种新的考虑柔顺度要求的结构拓扑优化方法.研究结果表明:该方法具有较高的求解效率,同时能够获得较好0～1分布特征的优化拓扑.     

一种微位移柔顺放大机构的优化设计

基于柔性梁的动刚度矩阵以及矩阵位移法建立了一种微位移柔顺放大机构的伪静态参数化模型.该模型可以对新机构进行快速化运动预测和参数化运动分析,并且可以得到位移放大率的解析模型.通过模拟退火算法优化结构的尺寸与形状得到了一种新的机构,它的放大率相比于原始构型增加了9%且固有频率为409Hz,与有限元结果对比相对误差小于2%,验证了模型的准确性.分析了在负载与输入位移共同作用下新机构的放大率变化规律以及结构关键节点处的加工误差对输出位移的影响.结果表明,模型顶点与输出端的X方向加工误差对输出位移的影响最大.     

柔顺机构自由度的一种计算方法

针对柔顺机构构件的特点 ,通过分析段和段的自由度及段间联接的类型 ,提出了一种简便的柔顺机构的自由度计算公式 ,并给出了例子 ,表明它能快捷地确定柔顺机构的自由度 .     

水平集方法及其在柔顺机构拓扑优化中的应用

由于具有跟踪拓扑结构变化、优化边界清晰光滑等优点,水平集方法作为一种新颖的机构拓扑优化方法近来受到了重视.文中首先讨论了水平集方法中Hamilton-Jacobi方程的求解、水平集函数的重新初始化、速度场扩展等出现的问题.在此基础上,给出了应用逆风差分格式求解Hamilton-Jacobi方程的数值方法,并采用改进的符号函数有效解决了数值的不稳定问题,提出的快速扫描法可以对速度场进行有效扩展.最后,建立了基于水平集方法的柔顺机构拓扑优化模型,利用水平集法对反位移柔顺机构进行了拓扑优化设计.     

基于拓扑优化实现平面可控轨迹输出的柔顺机构设计

结合弹簧模型、变密度法和拓扑优化工具,研究了实现平面可控轨迹输出柔顺机构的设计方法.建立了单输入多输出和两输入两输出柔顺机构的优化模型,设计出轨迹输出机构.优化问题的求解采用移动渐近线法(MMA),数值问题的处理使用网格独立滤波法.对设计结果的仿真分析表明:采用线弹性模型对部分小变形柔顺机构进行拓扑优化设计是可行的;拓扑优化方法是一种计算式设计方法,得到的是概念设计的结果,与实际应用存在一定差距.     

基于可靠性的柔顺机构几何非线性拓扑优化设计的研究

给出了一种基于可靠性柔顺机构几何非线性拓扑优化设计的新方法。其目的是将可靠性分析集成到几何非线性拓扑优化中。首先,建立增量形式平衡方程,采用Total-Lagrange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术求解几何非线性的结构响应。其次,考虑几何尺寸及作用荷载大小的不确定性,建立柔顺机构多目标拓扑优化数学模型。目标函数以平均柔度最小和几何增益最大来满足机构的刚度和柔度需求。可靠度的概率约束采用一次可靠度方法计算。目标函数敏度分析采用伴随求解技术,拓扑优化采用SIMP材料插值方法,并用移动渐近方法进行迭代求解。最后以柔顺微夹钳的可靠性拓扑优化为例,说明本文所提方法的正确性和有效性,研究结果表明基于可靠性拓扑优化所得机构比确定性拓扑优化所得机构更合理。     

以柔顺机构作位移放大器的拓扑优化设计

针对微定位技术中压电驱动器的形变放大问题 ,利用有限元方法和连续体的拓扑优化方法 ,以位移放大比为优化目标设计出一种无铰接的柔顺位移放大器 .通过把优化目标由位移之比形式转化为能量之比形式建立了优化的数学模型 ,并运用准则法作迭代求解 .而且 ,通过过滤算法避免了棋盘格现象 .     

机电耦合及应力约束的柔顺机构拓扑优化设计

探讨了利用有限元方法和均匀化拓扑优化技术 ,以柔度与刚度两者要求为目标对柔顺机构进行设计 .设计时 ,考虑了机构与驱动器组成之系统的机电耦合问题 ,并以满应力准则法初步解决了应力约束问题 .最后 ,通过算例说明了本方法的有效性     

一种柔顺5杆机构的运动原理分析

利用柔顺结构和压电叠层元件的优点,在分析常见柔顺机构的基础上,提出一种压电驱动的柔顺5杆机构。研究该机构各部件的位移输出特性,得到5杆机构顶端的椭圆运动轨迹方程;通过搭建振动位移测试系统,测得该5杆机构顶端的振动位移曲线,验证该柔顺5杆机构可用于精密位移致动器的设计。     

一种确定压电传感器位置的拓扑优化方法

基于可观矩阵奇异值单元灵敏度的思想，提出了确定智能压电传感器安放位置的一种拓扑优化方法。为了获得智能结构压电传感器的优化位置，首先采用有限元方法对原系统进行了特征问题分析；第二利用奇异值分解法讨论了智能结构模态可观性的度量问题；第三推导了可观矩阵奇异值单元灵敏度公式；第四以奇异值单元灵敏度作为度量和准则并且给出一个门槛值，根据门槛值可以确定压电传感器优化位置；最后利用算例来说明本文方法的有效性。     

自感知压电微夹钳研究

采用双晶片型压电悬臂梁制作一种双悬臂梁结构的微夹钳,可用于微操作系统中的微夹持器．在一般微操作系统中,需要外加微力传感器才能组成闭环控制系统,这必将影响夹钳的工作特性．为简化系统,借助于电荷提取电路提取压电双晶片上的电荷,并通过软件进行状态观测,可直接得到压电夹钳尖端上的夹持力,同时还能观测到夹钳尖端的位移,称其为自感知执行器．实验证明了上述自感知方法的有效性．     

一种实用的拓扑简化方法

拓扑分析法可以快速显示场的全局结构,在侧重于考虑场的特殊结构时显示出了较大的优越性。但是将该方法应用在复杂而信息丰富的流场中时,可视化的结果可能是成簇的、混乱的,这就需要进行多级拓扑来对拓扑图像进行简化。本文提出了一种称为"对距离过滤"的方法来进行拓扑简化,并将该方法应用于海洋流场,同时对不同级别的拓扑可视化结果进行了比较。实验表明:该方法可以快速的可视化流场的主要特征而不显得混乱,有利于保持复杂流场的全局信息。     

刻划LF拓扑的一种方法

本文探讨了远城系的性质，并证明了满足远域系性质的一族ＬＦ集可以确定一个ＬＦ拓扑，从而给出了刻划ＬＦ拓扑的一种方法。     

一种考虑位移和应力约束的结构拓扑优化方法

为了研究位移和应力约束以及重量最小的结构拓扑优化问题,基于ICM（独立、连续、映射）方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种考虑位移和应力约束的结构拓扑优化方法．在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,为了控制拓扑设计变量的变化量,依据结构位移、应力量和其约束限,形成和引进了新的位移和应力约束限．研究了位移线性近似式和应力约束转换表达式,建立了单元删除阚值和几轮迭代循环的单元删除策略．为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,并建立了一套有效结构信息到结构最大设计域信息的映射转换方法．结合拉格朗日乘子法,改进了子循环迭代中连续拓扑变量的求解方法,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法．给出的算例验证了该方法的正确性和有效性．     

一种基于主应力的双方向渐进结构拓扑优化方法

针对桥梁结构的受力特性及其材料的性能要求，在基于主应力优化准则的基础上，本文提出了一种双方向渐进结构拓扑优化算法．该算法在充分考虑材料拉压特性的同时，具有删除和恢复单元的功能，并消除了解的振荡现象．实例表明了本文方法能得出更优的结构拓扑．     

柔顺机构的机械效益

用能量法详细推导了单输入单输出柔顺机构的机械效益的计算公式 ,并根据不同的边界条件 ,对该公式的使用提出了明确的意见 ;同时还提出了单输入双输出和双输入单输出柔顺机构的机械效益的概念 ;最后还建立了以柔顺机构的机械效益为目标函数的约束最优化设计的数学模型 图 3,参 5