拓撲優(yōu)化是進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要方法，它使復雜結(jié)構(gòu)及機構(gòu)在概念設(shè)計階段即可靈活地、理性地進行方案優(yōu)選。與形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化相比較，拓撲優(yōu)化的難度最大，也最具有挑戰(zhàn)性。 本文從微型電子機械系統(tǒng)領(lǐng)域中應用廣泛的微小型柔性機構(gòu)的設(shè)計出發(fā)，探索性地研究了利用連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化技術(shù)進行柔性機構(gòu)設(shè)計的問題，分析了拓撲優(yōu)化中的數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象的原因以及相應的解決策略，建立了結(jié)構(gòu)剛性拓撲優(yōu)化模型和柔性機構(gòu)拓撲優(yōu)化的多目標模型，最后，設(shè)計研制了用于夾持毛細玻璃管的壓電驅(qū)動式微夾鉗，并對其進行了實驗測試。 以有限元法為數(shù)值計算方法，在Matlab平臺上，利用作者自行開發(fā)的有限元計算程序，結(jié)合MMA優(yōu)化算法，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化設(shè)計。采用網(wǎng)格獨立濾波法解決棋盤格式和網(wǎng)格依賴性問題；利用濾波半徑延拓算法避免局部極值現(xiàn)象。優(yōu)化結(jié)果表明，有效地解決了棋盤格式和網(wǎng)格依賴性。通過算例解決了多工況下結(jié)構(gòu)剛性拓撲優(yōu)化問題。對柔性機構(gòu)拓撲優(yōu)化模型進行了改進，并對其凸性進行了分析。通過計算實例驗證了所建立的微型柔性機構(gòu)優(yōu)化模型。對壓電式微夾鉗的實驗結(jié)果表明，實驗值與有限元計算值有較好的吻合性，位移和夾持力與控制...

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖16新結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)工況應力云圈

TestandResearch試驗·研究第44卷2013年5月誖圖15新支撐后臺結(jié)構(gòu)有限元模型圖16新結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)工況應力云圖圖17新結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)工況位移云圖240kg，質(zhì)量減少了21%。由此可看出，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在滿足攪拌車強度要求的情況下，實現(xiàn)了輕量化，達到了拓撲優(yōu)化的目的。4結(jié)束語本....

圖19新結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)工況位移云田240kg，質(zhì)量減少了21%

TestandResearch試驗·研究第44卷2013年5月誖圖15新支撐后臺結(jié)構(gòu)有限元模型圖16新結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)工況應力云圖圖17新結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)工況位移云圖240kg，質(zhì)量減少了21%。由此可看出，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在滿足攪拌車強度要求的情況下，實現(xiàn)了輕量化，達到了拓撲優(yōu)化的目的。4結(jié)束語本....

圖1.3電熱驅(qū)動微型x一Y掃描器圖】

熱驅(qū)動[53l、電熱機禍合驅(qū)動1191等領(lǐng)域，并研制了應用于MEMs中的多自由度微致動器，顯示了拓撲優(yōu)化技術(shù)在MEMS微型柔性機構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域強大的應用前景。圖1.3為sigmund設(shè)計研制的電熱驅(qū)動微型x一Y掃描器件154]，(a)為設(shè)計區(qū)域，(b)為拓撲優(yōu)化結(jié)果，(c)為加工出的....

圖2.6微結(jié)構(gòu)單胞(a)設(shè)計域局部放大(b)單位微結(jié)構(gòu)

后通過求解均勻化后的材料問題來得到所需要的屬性。拓撲優(yōu)化常用的微結(jié)構(gòu)可以分為兩類160]:帶有內(nèi)部空洞的微結(jié)構(gòu)和層狀復合材料，利用均勻化理論確定這些材料的宏觀特性。以二維問題為例，如圖2.6(a)所示，可將設(shè)計區(qū)域看成是由無窮多個按一定周期均勻分布的微小單胞組成的。在優(yōu)化過程中，....

本文編號：3969603