本文關(guān)鍵詞：基于物理規(guī)劃法的柔順機(jī)構(gòu)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化研究

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【摘要】：隨著有限元法(FEM)及計(jì)算力學(xué)理論的快速發(fā)展,拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)已成為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),也是目前柔順機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。現(xiàn)階段,柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的研究大部分集中在靜力學(xué)這一單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題上,涉及到動(dòng)力學(xué)及多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化領(lǐng)域的研究相對(duì)較少。針對(duì)以上問(wèn)題,本文以柔順機(jī)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)為研究目標(biāo),引入物理規(guī)劃法,對(duì)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化算法、關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用等問(wèn)題進(jìn)行了研究。首先,研究了連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化中的插值模型、數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象及求解算法,給出了基于SIMP法柔順機(jī)構(gòu)柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)一般流程,然后,研究了柔順機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)單目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),并進(jìn)行了算例分析,在此基礎(chǔ)上,引入物理規(guī)劃法,提出了一種基于物理規(guī)劃法的柔順機(jī)構(gòu)靜動(dòng)態(tài)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化方法,最后,通過(guò)平面三自由度全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究對(duì)上述方法進(jìn)行了驗(yàn)證。主要內(nèi)容如下:(1)根據(jù)連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的基本理論,以SIMP變密度法為材料插值模型和MMA移動(dòng)漸進(jìn)算法建立了連續(xù)體剛度拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型;針對(duì)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象,分析了其產(chǎn)生原因以及解決方法,研究了敏度過(guò)濾技術(shù)和密度過(guò)濾技術(shù),并分別對(duì)比了兩種過(guò)濾技術(shù)在處理棋盤格現(xiàn)象和網(wǎng)格依賴性現(xiàn)象的效果。(2)針對(duì)柔順機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),分別考慮其柔度和剛度,推導(dǎo)出基于柔度最大和剛度最大的柔順機(jī)構(gòu)靜力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型,然后針對(duì)柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化中特有的數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象-單點(diǎn)鉸鏈問(wèn)題提出了一種基于敏度和密度的混合過(guò)濾技術(shù);研究了柔順機(jī)構(gòu)自由振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù),對(duì)于動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化中的局部模態(tài)問(wèn)題、模態(tài)交換問(wèn)題、非質(zhì)量結(jié)構(gòu)問(wèn)題和多重特征值問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究,提出了一種改進(jìn)的柔順機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化模型,建立了以平均特征值最大為目標(biāo)函數(shù)的柔順機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化模型。(3)在單目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化的基礎(chǔ)上,將柔順機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)優(yōu)化結(jié)合,以柔順機(jī)構(gòu)柔度最大、剛度最大和動(dòng)態(tài)平均特征值最大為目標(biāo)函數(shù),利用物理規(guī)劃法建立其多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型,通過(guò)柔順夾鉗的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)算例,驗(yàn)證了該模型的可行性和有效性。(4)在對(duì)剛性3-RRR平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行微分運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種平面三自由度全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)。將基于物理規(guī)劃法的靜動(dòng)態(tài)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化方法應(yīng)用于該全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)中,得到了新的拓?fù)淠Ｐ?并對(duì)重構(gòu)后的全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真研究,驗(yàn)證了柔順構(gòu)型與剛性機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的一致性,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)的固有頻率的最大化,提升了機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：柔順機(jī)構(gòu) 多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化 物理規(guī)劃法 全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu) 有限元法
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH112
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-25
• 1.1 課題來(lái)源及研究背景12-13
• 1.1.1 課題來(lái)源12
• 1.1.2 課題研究背景12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 柔順機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.3 多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2.4 柔順機(jī)構(gòu)的多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容及意義21-25
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容21-23
• 1.3.2 本文研究意義23-25
• 2 多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題及物理規(guī)劃法簡(jiǎn)介25-37
• 2.1 多目標(biāo)優(yōu)化模型25
• 2.2 Pareto解和Pareto曲面25-26
• 2.3 多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的求解26-29
• 2.4 物理規(guī)劃法29-33
• 2.4.1 偏好函數(shù)29-31
• 2.4.2 物理規(guī)劃法OVO準(zhǔn)則31-32
• 2.4.3 偏好函數(shù)的構(gòu)造32-33
• 2.4.4 物理規(guī)劃法中數(shù)學(xué)模型的建立33
• 2.5 基于物理規(guī)劃法和線性加權(quán)法的多目標(biāo)優(yōu)化流程對(duì)比33-35
• 2.6 物理規(guī)劃法的特點(diǎn)35-36
• 2.7 本章小結(jié)36-37
• 3 連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究37-49
• 3.1 SIMP材料插值模型37-39
• 3.2 基于SIMP的拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型39
• 3.3 拓?fù)鋬?yōu)化求解算法39-42
• 3.3.1 移動(dòng)漸進(jìn)算法基本理論39-42
• 3.3.2 基于SIMP的移動(dòng)漸進(jìn)算法42
• 3.4 數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象42-47
• 3.4.1 數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象解決辦法43-44
• 3.4.2 敏度過(guò)濾技術(shù)44-45
• 3.4.3 密度過(guò)濾技術(shù)45
• 3.4.4 過(guò)濾技術(shù)算例說(shuō)明45-47
• 3.5 基于SIMP的柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化流程47-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 4 基于物理規(guī)劃法的柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究49-63
• 4.1 柔順機(jī)構(gòu)靜力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化49-55
• 4.1.1 柔順機(jī)構(gòu)柔度的度量49-50
• 4.1.2 柔順機(jī)構(gòu)剛度的度量50-51
• 4.1.3 柔順機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型51-52
• 4.1.4 基于敏度和密度的混合過(guò)濾技術(shù)52-53
• 4.1.5 算例分析53-55
• 4.2 柔順機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究55-59
• 4.2.1 動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化模型55-56
• 4.2.2 動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化的相關(guān)問(wèn)題56-58
• 4.2.3 算例分析58-59
• 4.3 基于物理規(guī)劃法的柔順機(jī)構(gòu)靜動(dòng)態(tài)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化研究59-62
• 4.3.1 算例分析61-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 5 基于物理規(guī)劃法的全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)63-77
• 5.1 剛性 3-RRR平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)微分運(yùn)動(dòng)學(xué)分析63-67
• 5.2 平面全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)域分析67-68
• 5.3 平面全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化模型及結(jié)果68-70
• 5.4 平面全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化70-71
• 5.5 平面全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜動(dòng)態(tài)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化71-73
• 5.6 平面全柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)仿真分析73-76
• 5.7 本章小結(jié)76-77
• 6 結(jié)論與展望77-79
• 6.1 結(jié)論77-78
• 6.2 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果85-86
• 致謝86-87

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本文編號(hào)：1062692