基于靜-動(dòng)態(tài)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化理論的彈性微變形并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合與設(shè)計(jì).pdf

1、彈性微變形并聯(lián)機(jī)構(gòu)綜合彈性微變形機(jī)構(gòu)的無摩擦磨損、無運(yùn)動(dòng)間隙、免裝配等優(yōu)點(diǎn)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)多自由度運(yùn)動(dòng)精度高、負(fù)載能力強(qiáng)、抗穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)的新型機(jī)構(gòu)。但有較高的柔度使操作過程中易產(chǎn)生明顯的衍生運(yùn)動(dòng)和復(fù)雜工作環(huán)境下易受到外界激勵(lì)的振動(dòng)干擾等缺點(diǎn)。為提高機(jī)構(gòu)在工作過程的精確性，引入一種切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方法已成為該機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)的必然趨勢。
　　結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)較為前瞻性研究和熱點(diǎn)之一。本文主要研究了連續(xù)體結(jié)構(gòu)的固體各向同性材料懲

2、罰模型（SIMP模型）、優(yōu)化求解算法和消除數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象等相關(guān)理論研究和算例應(yīng)用。優(yōu)化求解算法是優(yōu)化技術(shù)的核心和難點(diǎn)，主要分析了優(yōu)化準(zhǔn)則法和移動(dòng)漸近線法并比較其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。此外，求解出最佳構(gòu)型的關(guān)鍵需構(gòu)建正確的優(yōu)化模型，主要對SIMP材料插值模型和水平集法模型等進(jìn)行了系統(tǒng)地闡述和算例分析。
　　本文主要對彈性微變形并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了符合產(chǎn)品性能要求的最佳構(gòu)型設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容：
　　（1）構(gòu)建并聯(lián)原型機(jī)構(gòu)的微分雅克比矩陣方程并與

3、優(yōu)化后的彈性微變形并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有矢量同構(gòu)映射關(guān)系?；谠撽P(guān)系建立彈性微變形并聯(lián)機(jī)構(gòu)的SIMP優(yōu)化模型，并運(yùn)用優(yōu)化準(zhǔn)則法分別進(jìn)行靜態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化和動(dòng)態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化求解。
　?。?）基于折衷規(guī)劃法定義靜態(tài)剛度和平均固有頻率的多目標(biāo)函數(shù)，并以體積分?jǐn)?shù)為優(yōu)化約束構(gòu)建彈性微變形并聯(lián)機(jī)構(gòu)的SIMP優(yōu)化模型。運(yùn)用層次分析法構(gòu)建決策矩陣并解其特征值和特征向量，用以確定子目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。該方法是與決策相關(guān)單元分為目標(biāo)、準(zhǔn)則和方案等不同層次并對其定性和定量分析

4、。
　?。?）對比優(yōu)化前后的應(yīng)力分布和前三階振動(dòng)固有頻率仿真：該最佳構(gòu)型既有效地降低了柔度又大大提高了低階固有頻率，且與傳統(tǒng)并聯(lián)原型機(jī)構(gòu)間的微分運(yùn)動(dòng)學(xué)具有一致的同構(gòu)性。
　　綜上所述，基于多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化的2R1P運(yùn)動(dòng)型彈性微變形并聯(lián)機(jī)構(gòu)的最佳構(gòu)型不僅有效地提高了機(jī)構(gòu)的靜態(tài)剛度，還大大提高了低階振動(dòng)固有頻率，且在優(yōu)化過程中頻率交叉振蕩明顯減弱并趨于收斂。該研究為實(shí)際工程應(yīng)用中對機(jī)構(gòu)乃至建筑工程結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論