申请/专利权人：华中科技大学

申请日：2020-09-08

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN112149243B

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/23;G06F111/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2024.01.12#著录事项变更;2021.01.15#实质审查的生效;2020.12.29#公开

摘要：本发明属于结构优化相关技术领域，其公开了一种基于渐进演化拓扑更新算法的柔性驱动机构设计方法，包括以下步骤：1确定权重因子及阻尼系数；2计算得到输出端位移及结构的综合柔顺度；3根据设计目标函数计算每个离散单元的灵敏度指数；4将得到的离散单元的灵敏度值按照大小进行排序，进而对待优化结构的材料进行增删和更新；5重复步骤2至步骤4直至待优化结构的许用材料用量分数达到预定值，且满足收敛准则，由此完成柔性驱动机构的优化设计。本发明采用离散变量，物理意义明确，且具有稳定高效性和灵活性。同时，刚度性能引入可增强机构刚度且有效抑制铰链的形成、防止应力集中引起的失效，增强可制造性。

主权项：1.一种基于渐进演化拓扑更新算法的柔性驱动机构设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤：1依据具体的柔性驱动机构设计问题确定权重因子ω及阻尼系数η，以调控机构优化过程中刚度设计向驱动位移最大化设计的动态演化速率；2对待优化结构的整个设计域进行有限元离散，对离散后的结构在输入端和输出端分别施加单位载荷后进行有限元分析，以计算得到输出端位移及结构的综合柔顺度；3根据设计目标函数，利用伴随法计算每个离散单元对应的灵敏度指数；其中，所述设计目标函数结合了驱动位移及综合柔顺度；4依据设定的进化率、空单元的实体化率、以及当前优化迭代步对应的许用材料用量将得到的离散单元的灵敏度值按照大小进行排序，并根据得到的排序结果对待优化结构的材料进行增删和更新；5重复步骤2至步骤4直至待优化结构的许用材料用量分数达到预定值，且满足收敛准则，由此完成柔性驱动机构的优化设计；输出点位移Uobj以及定义的综合柔度Cjoint分别为： 式中，L为提取向量，对应驱动方向的单位向量；整体的载荷向量和位移向量为Fin，Uin；整体的载荷向量和位移向量为Fout，Uout；结合了驱动位移和综合柔顺度的设计目标函数为：J＝ωUobj+1-ω+ηCjoint式中，J为优化目标的目标函数；ω为权重因子；η＝δl为阻尼系数，δ为0～1之间的常数；l为迭代次数；利用伴随法求得的离散单元的灵敏度指数为： 式中，αi为第i个离散单元的灵敏度值；kie为第i个离散单元为实体材料时的刚度矩阵；uin,i、uout,i分别为对应外部激励为Fin和Fout的第i个单元位移向量；离散拓扑设计变量的更新是依据以下公式进行的： 式中，l为迭代步数；为第l迭代步的第i个离散单元的设计变量值；αi为第i个离散单元的灵敏度值；和分别为材料增长和去除的阈值。

全文数据：

权利要求：

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