مدل‌سازی الاستواستاتیک و طراحی بهینه مکانیزم منعطف لوزی

Abstract

مکانیزم‌های منعطف به دلیل ساختار یکپارچه‌ای که دارند، برای موقعیت‌دهی دقیق و تقویت دامنه عملگرهای پیزوالکتریک طراحی و استفاده می‌شوند. مدل‌سازی رفتار سینماتیکی این مکانیزم‌ها به دلیل ساختار پیوسته و تغییر شکل الاستیک دارای چالش‌‌هایی می‌باشد. در این مقاله ابتدا روشی بر مبنای ماتریس ساختاری به نام روش‌ الاستواستاتیک برای مدل‌سازی استاتیکی مکانیزم‌های منعطف ارائه می‌گردد. نوآوری این مدل، در کاهش محاسبات، با به‌کارگیری تقریب چرخش و جابه‌جایی کوچک می‌باشد. به دلیل ساختار یکپارچه و ساده، مکانیزم‌ لوزی برای موقعیت‌دهی میکرونی و تقویت دامنه عملگرهای پیزوالکتریک مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف اصلی، طراحی و بهینه‌سازی ابعادی مکانیزم منعطف لوزی با استفاده از مدل‌سازی الاستواستاتیک می‌باشد. هدف از بهینه‌سازی ابعادی، دستیابی به بزرگ‌نمایی بالا و سختی ورودی کم می‌باشد تا استفاده از مکانیزم منجر به کاهش دامنه مؤثر پیزوالکتریک نگردد. برای این مکانیزم مدل المان محدود و همچنین مدل تجربی ساخته شده، و در نهایت، خطای مدل‌سازی الاستواستاتیک با شبیه‌سازی در نرم‌افزار المان محدود و نتایج تجربی مقایسه می‌شود. نتایج گرفته شده از آزمون­های تجربی نشان می‌دهد که مدل‌سازی انجام شده برای مکانیزم لوزی حدود 1.5درصد خطا دارد.