柔顺机构拓扑图提取.pdf

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1、第29卷第1期机械设计与研究V01．29No．12013年2月MachineDesignandResearchFeb．，2013文章编号：1006-2343(2013)01-018-04柔顺机构拓扑图提取牛小铁，李兆坤，张宪民，史利娟(1．北京工业职业技术学院机电工程系，北京100042，E．mail：niuxt@163．oom；2．华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640)摘要：柔顺机构拓扑优化所得机构是非光滑锯齿状跳跃边界的几何图像，不能直接应用于工程实际，因而研究柔顺机构拓扑图提取就显得十分必要。基于此，给出了一种柔顺机构拓扑

2、图提取的新方法。首先，对柔顺机构拓扑所得灰度图像进行二值化处理，找到满足目标函数的罚值，得到只有0和1密度分布的锯齿跳跃边界图像。然后，采用密度等值线方法，求节点密度，对锯齿跳跃边界进行光滑近似。第三，针对柔顺机构性能特点，选择适合形状优化的变量参数，用样条曲线对光滑边界进行曲线重构，得到CAD系统可以识别的参数化模型。最后，通过算例说明以上方法的正确性和有效性。关键词：柔顺机构；拓扑图提取；密度等值线方法；曲线重构中图分类号：TH112．1；TH113文献标识码：ATopologyExtractionoftheCompliantMecha

3、nismNiuXiaotie，LiZhaokun，ZhangXianmin，ShiLijuan。(1．Engineeringofmechanicalandelectricaldepartment，Beijingpolytechniccollege，Beijing，100042，China；2．CollegeofMechanicalEngineering，SouthChinaUniversityofTechnologYGuangzhou，GuangdongProvince，510640，China)Abstract：Homogenizatio

4、normaterialdistributionmethodbasedtopologyoptimizationwillcreatefinaltopologiesingreylevelimageandsawtoothjumpdiscontinuityboundariesthatarenotsuitablefordirectengineeringpractice，SOitisnecessarytoextractthetopologicaldiagram．Andanewtopologyextractionmethodforcompliantmech

5、anismsispres—ented．Inthefiststage，thegreylevelimageistransferredintothebinaryimage．Thethresholdvaluemeetingtoobjec—tivefunctionisobtainedSOthateachelementiseitheremptyorsolid．Inthesencondstage，thedensitycontourap—proachisusedbyredistributingnodaldensitiestogeneratethesmoot

6、hboundaries．Inthethirdstage，parameterizedB—splinecurvesisreconsititutedconsideringcharacteristicofcompliantmechanismsandtheparameterslectionreadytoundergoshapeoptimization．Inthefinalstage，simulationsofexamplesarepresentedtoshowthevalidityofthepro—posedmethod．Keywords：compl

7、iantmechanism；topologyextraction；thedensitycontourapproach；curvesreconstruction近年来，柔顺机构拓扑优化研究已涉及了很多方面，并迄今为止，研究者们把结构优化分为三个阶段，第一，拓取得了很大进展J。但由于拓扑优化所得结果大都是非光扑优化设计阶段；第二，拓扑阐述阶段；第三，详细设计阶段，滑锯齿状跳跃边界的灰度图像，制造非常困难，并且，相对高形状和尺寸优化在这阶段完成。而第二阶段拓扑阐述方法的应力主要集中在机构边界某一点或某一个小区域，尤其是大致分为图像阐述方法J，密度

8、等值线法和几何重建方铰链处。拓扑优化过程中对局部物理特性如局部应力约束法三种。图像阐述方法是使用计算机视觉技术描绘拓扑和稳定性约束等进行控制非常困难，尽管Bendsoe等研究的边