發(fā)布時(shí)間：2024-05-08 03:04

　　典型大變形柔順機(jī)構(gòu)有雙穩(wěn)態(tài)柔順機(jī)構(gòu)、柔順吸能機(jī)構(gòu)、柔順常力機(jī)構(gòu)、微能量收集機(jī)構(gòu)等各種類型。這些柔順機(jī)構(gòu)在生物醫(yī)療、微機(jī)電系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。目前絕大多數(shù)研究都是集中在尺寸優(yōu)化層面對(duì)大變形柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),而在拓?fù)鋵用嫔蠈?duì)大變形柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究的卻很少。因此,本文采用拓?fù)鋬?yōu)化的方法,對(duì)大變形柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先,對(duì)考慮幾何非線性時(shí)拓?fù)鋬?yōu)化收斂問(wèn)題進(jìn)行了研究。針對(duì)完全拉格朗日法求解過(guò)程中步長(zhǎng)選取困難問(wèn)題,給出了一種自適應(yīng)步長(zhǎng)算法;針對(duì)低密度單元收斂過(guò)程中的振蕩問(wèn)題,給出了一種能量插值算法。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)大變形懸臂梁,反向器的拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)值算例證實(shí)了自適應(yīng)步長(zhǎng)算法可以有效提高優(yōu)化過(guò)程的收斂性,能量插值方法能較好地抑制低密度單元節(jié)點(diǎn)的位移振蕩。另外,研究表明,針對(duì)紡錘肌的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題,還需要采用改進(jìn)本構(gòu)模型的方式抑制肌肉中間密度單元的節(jié)點(diǎn)振蕩。其次,對(duì)大型有限元軟件輔助的幾何非線性拓?fù)鋬?yōu)化算法進(jìn)行了研究。針對(duì)低剛度區(qū)域計(jì)算過(guò)程中的過(guò)度變形問(wèn)題,給出了一種增加超彈材料算法;針對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化中柔度的敏度難以提取的問(wèn)題,提出了一種敏度提取算法,從而大幅度減少了計(jì)算敏度時(shí)需要提...

【文章頁(yè)數(shù)】：120 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
英文縮略詞
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 拓?fù)鋬?yōu)化研究現(xiàn)狀
        1.2.1 大變形結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化
        1.2.2 優(yōu)化算法的關(guān)鍵問(wèn)題
    1.3 大變形柔順機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 雙穩(wěn)態(tài)柔順機(jī)構(gòu)
        1.3.2 基于胞元的柔順吸能機(jī)構(gòu)
    1.4 本文的主要工作
第二章 幾何非線性拓?fù)鋬?yōu)化的收斂性研究
    2.1 引言
    2.2 考慮幾何非線性的連續(xù)體限元問(wèn)題解法
    2.3 拓?fù)鋬?yōu)化模型
    2.4 解決有限元問(wèn)題難收斂的方法
        2.4.1 能量插值方法
        2.4.2 自適應(yīng)步長(zhǎng)算法
        2.4.3 改進(jìn)的本構(gòu)模型方法
    2.5 數(shù)值算例
        2.5.1 大變形懸臂梁設(shè)計(jì)
        2.5.2 大變形反向器設(shè)計(jì)
        2.5.3 紡錘肌設(shè)計(jì)
    2.6 本章小結(jié)
第三章 幾何非線性拓?fù)鋬?yōu)化的敏度提取研究
    3.1 引言
    3.2 拓?fù)鋬?yōu)化模型
        3.2.1 有限元模型
    3.3 應(yīng)變能差法提取柔度的敏度
    3.4 優(yōu)化結(jié)果
        3.4.1 懸臂結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化
        3.4.2 兩端固定梁的拓?fù)鋬?yōu)化
        3.4.3 反向器的拓?fù)鋬?yōu)化
    3.5 拓展方法
    3.6 重分析加速
    3.7 本章小結(jié)
第四章 雙穩(wěn)態(tài)柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化
    4.1 引言
    4.2 拓?fù)鋬?yōu)化模型
    4.3 應(yīng)變能差法提取支反力的敏度
    4.4 優(yōu)化結(jié)果
    4.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.6 本章小結(jié)
第五章 基于胞元的柔順吸能機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化
    5.1 引言
    5.2 優(yōu)化模型
        5.2.1 胞元與柔順吸能機(jī)構(gòu)的力-位移曲線的關(guān)系
        5.2.2 胞元的優(yōu)化模型
    5.3 優(yōu)化模型的解法
        5.3.1 拓?fù)涿枋龇椒?br>        5.3.2 兩階段算法
        5.3.3 敏度分析
    5.4 數(shù)值算例
        5.4.1 高能量耗散胞元的設(shè)計(jì)
        5.4.2 高空間利用率胞元的設(shè)計(jì)
        5.4.3 自恢復(fù)胞元的設(shè)計(jì)
        5.4.4 對(duì)比分析
    5.5 單個(gè)胞元力-位移曲線實(shí)驗(yàn)
    5.6 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
附錄
    附錄1 213行幾何非線性拓?fù)鋬?yōu)化程序
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件



本文編號(hào)：3967402