高速机构的等效静态载荷拓扑优化方法：杨志军的研究

高速精密设备，如IC封装设备，对于执行机构的机械结构有严格的要求，需要在保持足够刚度的同时尽可能减小惯性，以提升系统的响应速度和稳定性。基于等效静态载荷方法的结构拓扑优化技术，作为一种新兴的多体动力学优化设计手段，近年来受到了广泛关注。本文由作者杨志军教授提出，他结合自身在机电产品建模仿真及优化方法领域的专长，针对高速机构的特点对其进行了深入研究。 首先，杨志军教授创新性地采用了含有运动学自由度的准静态方法来模拟运动关节对系统的影响。这使得优化过程能够更准确地考虑机构内部动态交互，从而提高优化结果的精度。传统的静态分析往往忽视了关节运动带来的动态效应，而这种方法则弥补了这一不足。 其次，他引入了新的惯性载荷敏感度概念，通过比较单元应变能与动能的比例，来评估单元修改对整体惯性的影响。这种方法有助于优化过程中更精细地控制各部分的质量分布，确保优化后的结构在高速运行时仍能保持稳定。 最后，作者提出了单元灵敏度综合方法，该方法综合考虑了最危险工况下的性能和逐点法计算的效率，有效地解决了传统方法在处理复杂工况时存在的问题。这种方法在微电子封装摆杆式焊头机构的优化设计中得到了应用，并与其他方法进行了对比。 通过实际应用，研究结果证实了含有运动学自由度的准静态分析方法能够真实反映高速机构中运动副的影响，特别是在高速运行下，惯性对振动的影响显著大于刚度的影响。数值结果有力地证明了基于等效静态载荷方法的结构拓扑优化对于高速机构设计的高效性和实用性。 本文的工作不仅提升了高速机构的优化设计能力，也为柔性多体动力学优化设计领域提供了新的思考角度和技术支持，对推动该领域的发展具有重要意义。同时，它还为高速精密设备制造商提供了宝贵的工程实践指导，有利于提升产品的性能和竞争力。