基于局部截面构型优化的双稳态结构跳跃阈值控制与设计

双稳态结构正反行程跳跃阈值不相等引起的驱动困难是制约其工程应用的瓶颈问题。基于大变形有限元理论分析了影响双稳态结构跳跃过程的关键因素,引入跳跃阈值力、稳态保持力以及双稳态特征系数（二者的比值）作为描述双稳态特征的指标,提出了基于局部单元截面构型优化的双稳态跳跃阈值控制方法,建立了具有特定跳跃力学特征的双稳态结构优化设计模型,以局部单元的截面尺寸、个数及位置为设计变量,采用分步优化的方法,得到了几类具有不同双稳态特征系数的余弦梁新构型,分析了变截面单元厚度及布置方式对跳跃阈值及路径的影响关系。数值仿真结果表明,局部截面构型改变前后双稳态结构的跳跃时间及振动频率变化不大。考虑试验加载位置与夹持条件对双稳态特征系数的影响,仿真与试验结果基本一致,验证了所提出的双稳态结构跳跃力控制方法的有效性。