占金青 彭怡平 罗 震 刘 敏

(1.华东交通大学机电与车辆工程学院， 南昌 330013； 2.悉尼科技大学机械与机电工程学院， 悉尼 NSW2007)

0 引言

柔顺机构利用自身柔性构件引起的变形来实现运动、力或能量传递或转换，具有免装配、无需润滑和高精度等优点[1-3]，因此广泛应用于精密定位、生物工程和微机电系统等领域[4-7]。

柔顺机构拓扑优化设计在满足约束条件下寻求机构设计域内材料的最佳分布，使机构的某种性能达到最优[8-9]。在实际工作中柔顺机构往往发生大变形或大转动，因此采用非线性有限元理论进行大变形柔顺机构拓扑优化设计非常有必要。PEDERSEN等[10]提出柔顺机构几何非线性拓扑优化设计方法，并且研究了考虑轨迹规划的大变形柔顺机构设计问题。BRUNS等[11]采用弧长法进行非线性有限元求解，基于几何非线性和材料非线性进行柔顺机构拓扑优化设计。BRUNS等[12]提出考虑复杂跳跃性能的大变形柔顺机构拓扑优化设计方法。DU等[13]采用无网格有限元方法进行大变形柔顺机构拓扑优化设计，以避免低密度单元引起的不收敛问题。LUO等[14]采用参数化水平集方法进行大变形柔顺机构拓扑优化设计，获得具有光滑边界的机构构型。LIU等[15]采用改进的超弹材料模型进行大变形柔顺机构拓扑优化设计，能够克服低密度单元的不稳定性问题。ZHU等[16]提出基于完全解耦的大变形柔顺机构拓扑优化设计方法，可抑制多自由度机构的输入、输出耦合效应。柔顺机构的大变形容易引起静强度失效，因此需考虑应力约束限制大变形柔顺机构最大的应力。……