整体式柔性机构的多目标可靠性拓扑优化设计

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1、万方数据2007年10月第34卷第5期西安电子科技大学学掇(自然科学版)JOURNALOFXIDIA舆UNIVBRSITYoct2007Vol_34No5整体式柔性机构的多目标可靠性拓扑优化设计崔明涛，陈建军，陈永琴，宋宗凤(西安电子科技大学机电工程学院，陵西西安710071)摘要：在用多目标连续体拓扑优化方法设计整体式柔性机构时，将材料弹性模量和外载荷视为随机变量，因而作为目标函数的机构应变能和交互势能亦为随机变量．采用一次二阶矩可靠性理论中的Hasofer-Lind和RackwitzFiessler方法，推导了应变能与交互势能震模式串联时的系统失效概率的

2、迭代计算公式，建立了一十整体式柔性机构多目标可靠性拓扑优化设计对偶数学模型，采用序列凸规划理论中的对偶算法进行优化求解．以反向嚣柔性机构设计作为仿真算倒，结果表明，随着可靠性约束指标的增大，拓扑优化设计结果趋向保守．美键词：柔性机构}连续体；多目标，拓扑优化中圈分类号：THt【2文献标识码：A文章编号：10012400(2007】05—0784—05Reliablemulti—objectivetopologyoptimizationdesignofthemonolithiccompliantmechanismCUIMingtao，CHENJian-jun，

3、CHENYong-qin，SONGZong—feng(SchoolofMechancr-ElectronieEngineering，XidianUniv．，Xi’an710071，China)Abstract：Intheprocessofdesigningthemonolithiccompliantmechanismviamulti-objectivetopologyoptimizationofcontinuum，theelasticitymodulusandexternalloadsaretreatedasrandomvariables，andsoaret

4、hestrainenergyandthemutualpotentmlenergyactingastheobjectivefunction．TheHasoferLindandRackwitz-FiesslermethodisadoptedtoderivetheiterativeformulationsonthefailureprobabilityofaseriessystemconsistingoftwoFailuremodes，thestrainenergyandthemutualpotentialenergy．Thedualmathematicalmode

5、lofreliablemulti—objectivetopologyoptimizationdesignofthemonolithiccompliantmechanismisbuilt．Thedualarithmeticofsequentialconvexrogrammingisadoptedasthesolvingstrategy．Aninvertercompliantmechanismisadoptedasthenumericalexampleandindicatesthatthetopologyoptimizationdesignresultappro

6、achesconservativenesswithanincreasingreliabilityconstraintindex．KeyWords：compliantmechanisms；continuum；multi—objectiveltopologyoptimization整体式柔性机构是通过其本身弹性变形传递运动、力和能量的一类机构，正越来越多地用于传动系统、无线通讯和光学系统、航空航天设备、生物医疗设备、微电路集成制造和微加工等领域中．整体式柔性机构设计时，要求其既要有足够的柔性又要有足够的刚性，以便其既可传递能量又能承受载荷，从而实现指定运动功能．

7、整体式柔性机构设计可通过连续体拓扑优化来实现．Ananthasuresh掣”开创性地将连续体拓扑优化均匀化方法引入整体式柔性机构设计中；Rahmatalla等。21进行了整体式柔性机构非线性路径规划拓扑优化设计；罗震等口3研究了全柔性微型机构拓扑优化设计关键技术；张宪民等[43研究了多输人多输出黍性机构拓扑优化及输出耦合抑制；左孔天等”o研究了微型柔性机构多目标拓扑优化设计．现有的整体式柔性机构拓扑优化设计模型均为确定性模型，即目标函数和约束等均被看作确定性嚣．而收稿目期：2006一11—30基金项目：国家863It划资助(2006AA042402)；国家部

8、委预研资助(51421060505DZ0155)作者