等效静态载荷法对高速轻载机构的影响因素研究

陈超然，杨志军，黄观新

(广东省微纳加工技术与装备重点实验室 ，广东 广州 510006)

0 引言

随着电子封装设备向高速、高精度的方向发展，高速轻载机构的结构优化设计成为该发展过程中的研究热点。当机构高速运动时，其部件的弹性变形不可忽略，必须对其作“柔性体”假设，使整个机构属于柔性多体系统，其动力学模型通常是复杂的高维微分方程组，给建模分析和优化带来困难。另外，为实现更高的定位精度，高速轻载机构的优化目标通常为最小化残余振动，属于动态响应优化问题，求解这类问题的难点在于灵敏度分析和动态约束的处理[1]。

由于静态响应优化的研究已经非常成熟，许多学者考虑将动态优化问题转化为静态优化问题。目前，工程上应用最广泛的是由Park等[2-4]提出的等效静态载荷法(Equivalent Static Loads Method, ESLM)，其主要思想是通过离散化时间变量，将非线性动态响应转化为一系列等效静态载荷集，最终使动态优化问题转化为多工况的静态优化问题。

根据ESLM，最小化残余振动的动态优化问题在一定程度上可以转化为在指定体积分数约束条件下最小化柔度的静态优化问题[5-6]。然而，体积分数约束条件往往是由设计者随机选择，缺乏科学依据。另外，在静态优化过程中，随着迭代次数的增加，结构修改量会增大，从而引起惯性力发生变化。由于高速轻载机构的主要载荷是惯性力，因此惯性力变化对机构性能的影响显得举足轻重。然而，ESLM在静态优化时，等效静态载荷是保持不变的，即忽略结构修改导致的惯性力变化的影响。……