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申请/专利权人：华东交通大学

摘要：本发明提供一种基于应力约束的多自由度柔顺机构稳健性拓扑优化方法，方法包括定义柔顺机构的设计域以及约束载荷条件，并设置设计变量初始值以及设计条件，考虑材料的不确定性，采用多项式混沌展开式法计算随机响应，利用P范数凝聚所有单元局部应力；建立基于应力约束的多自由度柔顺机构稳健性拓扑优化模型；基于应力约束的完全解耦柔顺机构稳健性拓扑优化模型求解目标函数、输入耦合、输出耦合以及结构体积约束并计算；采用基于梯度的移动渐近算法更新设计变量，判断优化算法收敛条件是否满足，若是，则输出得到最优的柔顺机构拓扑构型。本发明能够有效抑制入、输出耦合效应和类铰链现象，提高多自由度柔顺机构的运动精度和稳健性。

主权项：1.一种基于应力约束的多自由度柔顺机构稳健性拓扑优化方法，其特征在于，所述方法包括：定义柔顺机构的设计域以及约束载荷条件，并设置设计变量初始值以及设计条件；基于所述设计域、所述约束载荷条件、所述设计变量初始值以及所述设计条件，并采用高斯随机场的无记忆变换建立材料不确定性模型，使用级数最优线性估值法对随机场进行离散化，采用PCE方法结合稀疏网格积分法计算随机响应统计矩；采用最大近似函数P范数将所有单元的应力约束凝聚化成一个全局应力约束，对所述P范数应力采用自适应约束缩放法进行修正；所述采用最大近似函数P范数将所有单元的应力约束凝聚化成一个全局应力约束，对所述P范数应力采用自适应约束缩放法进行修正的步骤包括：采用松弛方法对单元VonMises应力进行处理，采用最大近似函数P范数将所有单元的应力约束凝聚化成一个全局应力约束；对所述P范数应力采用自适应约束缩放法进行修正；以多输入多输出柔顺机构的输出位移加权和的期望值最大化和标准差最小化为目标函数，以输入耦合、输出耦合、柔顺机构的最大应力和体积份数为约束，并基于所述不确定性模型以及所述随机响应统计矩建立基于应力约束的多自由度柔顺机构稳健性拓扑优化模型；所述基于应力约束的多自由度柔顺机构稳健性拓扑优化模型的表达式为： ；其中，和分别表示单元密度列阵和随机变量列阵，表示第个单元的密度，表示加权系数，、分别表示期望运算的符号、标准差运算的符号，表示作用在机构输入端的作用载荷矢量，表示作用载荷产生的节点位移矢量，表示整体刚度矩阵，表示虚拟载荷矢量作用产生的节点位移矢量，、分别表示输入耦合、输出耦合，、分别表示输入载荷在端和端产生的输入耦合位移、输入载荷在端和端产生的输出耦合位移，、分别表示输入耦合抑制参数、输出耦合抑制参数，表示单元应力期望值的最大值，表示许用应力值，和分别表示优化前和优化后的材料体积，表示充满实体材料的材料体积，表示允许的材料体积比，表示有限单元的数目根据所述基于应力约束的多自由度柔顺机构稳健性拓扑优化模型求解所述目标函数、所述输入耦合、所述输出耦合以及结构体积约束，计算所述目标函数、所述输入耦合、所述输出耦合、最大应力以及所述结构体积约束的灵敏度；采用基于梯度的移动渐近算法更新所述设计变量，判断优化算法收敛条件是否满足，若是，则输出得到最优的柔顺机构拓扑构型。

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百度查询： 华东交通大学 基于应力约束的多自由度柔顺机构稳健性拓扑优化方法