占金青,秦洋洋,刘敏

(华东交通大学 机电与车辆工程学院,南昌 330013)

柔顺机构是利用其柔性部件或机构整体的弹性变形将力、运动和能量从输入端传递到输出端的一种机构[1-3]。与传统的刚性机构比较,柔顺机构具有结构简单、无摩擦、重量轻、易加工、精度高等优点。因此,柔顺机构在航空航天、微机电系统、医疗器械、精密定位操作等领域中具有广阔的应用前景[4-6]。

目前,柔顺机构拓扑优化设计研究大多采用单一材料设计[7-10],然而单一材料柔顺机构表现出变形与承载的局限性。与各向同性材料相比,复合材料具有独特的各向异性特性,这为柔顺机构克服以上不足提供一种有效途径[11]。梁森等[12]在给定层合纤维方向下,采用水平集方法进行复合材料层合结构拓扑设计。Li等[13]基于经典层合板理论推导平面应力问题的层合板本构关系,建立各向异性材料柔顺机构拓扑优化模型,进行单输入多输出柔顺机构设计。Tong等[14]考虑给定层合纤维方向的前提下,进行常刚度层合板的柔顺机构拓扑优化设计,分析不同层合板每层的固定纤维方向对拓扑构型、变形能力和应力的影响。Tong等[15]提出以层合参数和单元相对密度为设计变量的常刚度层合板纤维方向与拓扑联合优化数学模型,实现了机构构型和层合纤维方向的联合优化设计,但是每层所有的设计单元的纤维角度都是一样的,没有进行单层的纤维角度优化。在此基础上,将该方法进行柔性机翼前后缘层合板纤维方向与构型设计[16]。……