【技术实现步骤摘要】
具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化设计方法
本专利技术属于优化设计
，涉及到柔顺机构优化设计，具体涉及一种具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化设计方法。
技术介绍
柔顺机构是一种通过自身的弹性变形来传递力或运动的机构，通常一体化加工而成，具有精度高、无摩擦磨损、无间隙、结构紧凑等优点，因而被广泛应用于精密工程领域。柔顺机构的主要设计方法为拓扑优化，在柔顺机构拓扑优化中，在给定的输入力或输入位移下，要求柔顺机构的输出位移越大越好，同时又要具备一定的刚度以抵抗外载荷。为了同时满足这两个目标性能，虚拟弹簧模型被广泛用于柔顺机构的拓扑优化设计中。此模型在输入端和输出端分别添加虚拟弹簧以模拟驱动器和工件的刚度，这是一种能够恰当描述柔顺机构和周围环境之间的关系的通用模型。现有技术中存在的主要问题如下：对于具有规定的真实输出位移的柔顺机构设计问题(即柔顺机构的输出端没有操作工件时的输出位移)，现有的这种模型是解决不了的，因为输入端和输出端添加了虚拟弹簧后使得柔顺机构得到的输出位移是含有虚拟弹簧刚度的...
【技术保护点】
1.一种具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化设计方法，用于柔顺机构的拓扑优化设计，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一，根据设计要求建立柔顺机构拓扑优化的初始设计域，设定柔顺机构受到的载荷工况和边界条件；/n步骤二，设置材料属性，分别建立设计域输入端和输出端添加虚拟弹簧以及输入端和输出端不添加虚拟弹簧的平衡方程；进行设计域的线性响应分析，分别得到设计域有虚拟弹簧和无虚拟弹簧的位移场；/n步骤三，利用得到的位移场构建具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化数学模型；/n步骤四，计算柔顺机构拓扑优化问题的灵敏度；/n步骤五，求解具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化问题，...
【技术特征摘要】
1.一种具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化设计方法，用于柔顺机构的拓扑优化设计，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，根据设计要求建立柔顺机构拓扑优化的初始设计域，设定柔顺机构受到的载荷工况和边界条件；
步骤二，设置材料属性，分别建立设计域输入端和输出端添加虚拟弹簧以及输入端和输出端不添加虚拟弹簧的平衡方程；进行设计域的线性响应分析，分别得到设计域有虚拟弹簧和无虚拟弹簧的位移场；
步骤三，利用得到的位移场构建具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化数学模型；
步骤四，计算柔顺机构拓扑优化问题的灵敏度；
步骤五，求解具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化问题，更新设计变量，判断是否满足收敛条件；如果满足收敛条件则停止循环得到最终拓扑结果，如果不满足收敛条件则继续循环直到满足收敛条件。
2.根据权利要求1所述的一种具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤一中还包括设定柔顺机构具有规定的真实输出位移，并将设计域离散为有限单元。
3.根据权利要求1所述的一种具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤二中，均是基于线弹性有限元理论建立平衡方程。
4.根据权利要求3所述的一种具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化设计方法，其特征在于：步骤二中，设计域输入端和输出端添加虚拟弹簧的平衡方程如下：
KU＝F
其中，F为载荷矢量，U为有虚拟弹簧的位移场，K为包含了输入弹簧和输出弹簧的全局刚度矩阵，其计算式如下：
其中，N为有限单元个数，xi为各有限单元的相对密度，p为惩罚因子，E0为实体单元杨氏模量，Emin为规定的空单元的杨氏模量，为单元刚度矩阵，Kin和Kout分别为含有输入弹簧和输出弹簧的刚度矩阵；
输入端和输出端不添加虚拟弹簧的平衡方程如下：
其中，为无虚拟弹簧的位移场，为不含有输入弹簧和输出弹簧的全局刚度矩阵，按如下表达式计算：
5.根据权利要求4所述的一种具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化设计方法，其特征在于：输出弹簧刚度kout采用自适应输出弹簧刚度法自动更新其值大小。
6.根据权利要求5所述的一种具有规定的真实输出位移的柔顺机构拓扑优化设计方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，汪庭威，占金青，孙宇，赵延，尹来荣，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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