基于平面三自由度分布柔度式柔順機(jī)構(gòu)靜-動(dòng)態(tài)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著各種精密制造業(yè)以及微納米超精密定位等各種尖端領(lǐng)域不斷發(fā)展，對(duì)所需產(chǎn)品的工藝參數(shù)和操作精度等綜合性能要求不斷提高，分布柔度式柔順機(jī)構(gòu)作為一種新型的超精密定位機(jī)構(gòu)，合理綜合了并聯(lián)機(jī)構(gòu)和柔順機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，基于分布柔度式柔順機(jī)構(gòu)的超精密定位平臺(tái)不僅承載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)精度高、構(gòu)件數(shù)量少，還能夠?qū)崿F(xiàn)亞納米、微米級(jí)別的定位精度。所以其廣泛應(yīng)用于各種航空航天和微納制造等尖端領(lǐng)域，本文以平面三自由度集中柔度式柔順機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象，對(duì)平面三自由度集中柔度式

2、柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化、動(dòng)態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化以及多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化，通過優(yōu)化得到平面三自由度分布柔度式柔順機(jī)構(gòu)，最后對(duì)分布柔度式柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)特性對(duì)比分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了綜述，介紹了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)理論，推導(dǎo)了基于SIMP材料插值模型移動(dòng)漸近線法（MMA算法）和優(yōu)化準(zhǔn)則法（OC算法）兩種優(yōu)化算法，利用靈敏度過濾法來消除機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化過程中出現(xiàn)的數(shù)值病態(tài)問題。⑵利用微位移法對(duì)傳統(tǒng)三自由度并聯(lián)原型機(jī)構(gòu)的輸入輸出關(guān)系

3、進(jìn)行求解，基于該輸入輸出關(guān)系構(gòu)建集中柔度式柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的優(yōu)化插值模型，以機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化前后體積比為約束條件，靜態(tài)柔度最小化作為機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，對(duì)平面三自由度集中柔度式柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化。然后對(duì)優(yōu)化所得的分布柔度式柔順機(jī)構(gòu)建模，并對(duì)其進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)特性分析。⑶研究了模態(tài)分析的原理及意義，對(duì)平面三自由度集中柔度式柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行以低階固有頻率最大化為目標(biāo)函數(shù)，約束條件為機(jī)構(gòu)優(yōu)化前后體積比的動(dòng)態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化。⑷基于妥協(xié)規(guī)劃法和平方加權(quán)法

4、構(gòu)建機(jī)構(gòu)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化的綜合目標(biāo)函數(shù)，利用超平面法求解各子目標(biāo)權(quán)重系數(shù)，約束條件為機(jī)構(gòu)優(yōu)化前后體積比，構(gòu)建多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化的SIMP材料插值模型，然后對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化，對(duì)優(yōu)化所得的分布柔度式柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模及靜、動(dòng)態(tài)特性仿真分析。通過仿真結(jié)果與理論值對(duì)比分析可知：通過多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化后獲得分布柔度式柔順機(jī)構(gòu)在提高了機(jī)構(gòu)剛度的同時(shí)機(jī)構(gòu)自身固有頻率也得到了很大的提高，同時(shí)與傳統(tǒng)并聯(lián)原型機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性具有相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，這也驗(yàn)證了多目標(biāo)拓