摘要：针对压电驱动柔性微夹持器在夹持过程中易产生旋转和滑移现象,不能很好地实现稳定夹持的问题,采用连续体结构拓扑优化方法设计了柔性微夹持器。采用固体各向同性材料惩罚模型拓扑描述方法,将输出位移与输入位移比最大、旋转角度最小、寄生位移最小和末端刚度作为优化目标。使用分层序列法将拓扑优化问题分为两个阶段,建立了柔性平行微夹持器的拓扑优化设计模型,用优化准则法求解得到低寄生位移柔性平行微夹持器,与未抑制旋转角度和寄生位移的微夹持器进行仿真对比,验证了算法的有效性。加工微夹持器并测得单位寄生旋转和相对寄生位移分别为0.00138427 mrad/μm和0.7%,具有较低的寄生位移和旋转角度,能够实现平行夹持,验证了设计的有效性。

摘要：柔性铰链广泛应用于精密工程、MEMS、智能传感器等领域,在实际工作中因受到循环载荷作用而易发生疲劳失效问题。对二阶贝塞尔曲线型柔性铰链疲劳特性展开研究,首先通过有限元仿真和数据拟合得到铰链应力集中系数公式,基于名义应力法建立柔性铰链疲劳寿命预测模型。设计柔性铰链疲劳实验装置进行实验研究,得到铰链在不同应力下的刚度退化曲线及疲劳寿命,进而建立基于试验数据的S-N曲线模型,此外采用单侧下界公差极限法设计出考虑可靠性的下界S-N曲线模型。通过对比分析,柔性铰链对数疲劳寿命模型预测结果与试验结果最大误差为15.8%,表明了预测模型的有效性和实用性。