考虑不确定性的柔性机构拓扑优化设计.pdfVIP

学兔兔 第 47卷第 l期 机 械 工 程 学 报 Vo1．47 NO．1 2011年 1月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING Jan． 20l1 DoI：1O．3901／JM E．2011．01．001 考虑不确定性的柔性机构拓扑优化设计木 罗阳军 亢 战2 吴子燕 (1．西北工业大学力学与土木建筑学院 西安 710072； 2．大连理工大学工业装备结构分析 国家重点实验室 大连 116024) 摘要：柔性机构在制造和运行过程中会存在各种不确定因素。基于多椭球凸模型描述，考虑荷载及材料属性的不确定性，采 用人工弹簧方法和几何非线性有限元分析手段，提出以输出端位移最大化为 目标、具有最小输入端性能约束的柔性机构拓扑 优化数学模型。采用伴随法给出设计变量灵敏度计算公式，提出数值计算不稳定性的简易处理方法，利用数学规划法实现优 化 问题的求解。反向器机构和微夹钳机构的设计算例验证了所提出优化模型的正确性及算法的有效性，并通过与确定性设计 结果的比较，说明了在柔性机构拓扑设计阶段考虑不确定性的重要意义。 关键词：柔性机构 拓扑优化 凸模型 几何非线性 中图分类号：TU311．4 0224 TopologyOptimizationDesignofCompliantM echanisms underUncertainties LUOYangjun KANGZhan2 WUZiyan f1．SchoolofMechanicsandCivil．Architecture，NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072； 2．StateKeyLaboratoryofStructuralAnalysisforIndustrialEquipment， DalianUniversiytofTechnology,Dalian116024) Abstract： Variousuncertaintiesexistinthemnaufactureandoperationprocessofcompliantmechnaisms．Basedonhteuncertain descriptionofthemulti—ellipsoidconvexmodelforloadingna dmaterialproperties，amathematicalmodelfortopologyoptimization ofcompliantmechanismswiththemaximizationofoutputdisplacementasobjectiveandwihthteconstraintonhteminimuminput performanceisproposed．Inthismodel，theartificialspringmethodandthegeometricalnonlinearfiniteelementmehtodareadopted． Theadjointmehtodisemployedtogivedesignsensitivitycomputingfomrulae，andasimplerteatmenttechniqueofrnumerical instabilitiesisproposed．Theoptimizationproblem issolvedby thegradient—based mathematicalprogramming mehtod．Design examplesofaforce—-invertingmechnaism nadamicro--grippingmec