多柔體系統(tǒng)是由柔性部件和運(yùn)動(dòng)副組成的力學(xué)系統(tǒng),在航空、航天、車輛、機(jī)械與兵器等眾多工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,其典型的代表包括柔性機(jī)械臂、直升機(jī)旋翼、衛(wèi)星的可展開(kāi)天線、太陽(yáng)帆航天器等.近年來(lái),隨著工程技術(shù)的發(fā)展,多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題日益突出,尤其是含變長(zhǎng)度柔性部件的多柔體系統(tǒng),不僅涉及其動(dòng)力學(xué)建模與計(jì)算,還涉及其動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì).事實(shí)上,部件柔性對(duì)多柔體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為影響很大,直接影響到優(yōu)化結(jié)果,因此需要發(fā)展基于多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法.本文首先闡述了多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化的研究背景及意義,簡(jiǎn)要回顧了多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的3類方法:浮動(dòng)坐標(biāo)方法、幾何精確方法和絕對(duì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)方法,并介紹了含變長(zhǎng)度柔性部件的多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法.系統(tǒng)概述了多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)優(yōu)化、動(dòng)力學(xué)特性優(yōu)化和動(dòng)力學(xué)靈敏度分析3個(gè)方面的研究進(jìn)展,并從尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化3個(gè)方面綜述了多柔體系統(tǒng)部件優(yōu)化的研究進(jìn)展.本文最后提出了在多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化研究中值得關(guān)注的若干問(wèn)題. 

【文章來(lái)源】：力學(xué)學(xué)報(bào). 2019,51(06)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

最大化旋轉(zhuǎn)薄板第一階共振頻率拓?fù)鋬?yōu)化[155]

分析多柔體系統(tǒng)部件形狀優(yōu)化研究成果相對(duì)較少的原因，主要有以下兩點(diǎn)[214]：一是結(jié)構(gòu)形狀的描述困難，因?yàn)樵趦?yōu)化過(guò)程中分析模型不斷變化，為了計(jì)算動(dòng)響應(yīng)信息，需要不斷變更有限元網(wǎng)格，既耗時(shí)又有挑戰(zhàn)；二是形狀敏度的分析，其難度與計(jì)算量也比尺寸優(yōu)化大得多.3.3 拓?fù)鋬?yōu)化

密度法以每個(gè)單元的相對(duì)密度作為設(shè)計(jì)變量，設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)與單元個(gè)數(shù)相等.當(dāng)單元的相對(duì)密度為1時(shí)，表示材料域；當(dāng)單元的相對(duì)密度為0時(shí)，表示空域；而當(dāng)單元的相對(duì)密度在0和1之間時(shí)，表示中間密度材料.對(duì)于中間密度材料單元的物理屬性，一般需要進(jìn)行插值或者懲罰，主要有以下3種模型.20世紀(jì)80年代末和90年代初,Bends?e[226],Zhou和Rozvany[227]以及Mlejnek[228]提出了密度法的SIMP模型.隨后，Bends?e和Sigmund[229]證明了SIMP模型的物理意義.后來(lái)，Stolpe和Svanberg[230]提出了密度法的RAMP(rational approximation of material properties)模型.Pedersen和Pedersen[231]提出了密度法的NLPI(non linear penalization or interpolation)模型.無(wú)論對(duì)于SIMP模型、RAMP模型還是NLPI模型，上述學(xué)者都假設(shè)單元材料的物理屬性(如彈性模量、許用應(yīng)力等)和單元的密度有某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，可表示為單元密度的連續(xù)、顯式函數(shù).他們指出，這3種模型的差異體現(xiàn)在上述對(duì)應(yīng)關(guān)系的表達(dá)式上，并給出了具體插值函數(shù)表達(dá)式及其特點(diǎn)[231].圖4 基于水平集方法的柔性連桿拓?fù)鋬?yōu)化[109]

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3209088