考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化设计

TP242%T112; 拓扑优化设计的压力驱动柔顺机构拓扑构型容易出现类铰链结构,导致难以制造加工.为了满足制造工艺要求,提出一种考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化设计方法.采用改进的固体各向同性材料惩罚模型,利用达西定律结合排水项计算流体压力载荷,以机构的互应变能最大化和应变能最小化为优化目标,采用Otsu算法和拓扑细化算法提取柔顺机构的骨架特征,从而构建最小特征尺寸控制,以结构体积和最小特征尺寸作为约束,建立考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化模型,采用移动渐近线算法进行压力驱动柔顺机构拓扑优化问题求解.数值算例结果表明,所提设计方法获得的压力驱动柔顺机构最小特征尺寸满足约束...

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Bibliographic Details
Published in计算机集成制造系统 Vol. 30; no. 3; pp. 1050 - 1059
Main Authors 占金青, 蒲圣鑫, 王啸, 刘敏
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 华东交通大学机电与车辆工程学院,江西 南昌 330013 31.03.2024
华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室,江西 南昌 330013%华东交通大学机电与车辆工程学院,江西 南昌 330013
Subjects
compliant mechanisms
minimum length scale control
最小尺寸控制
pressure loads
柔顺机构
压力载荷
拓扑优化
topology optimization
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ISSN1006-5911
DOI10.13196/j.cims.2022.1032

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Summary:TP242%T112; 拓扑优化设计的压力驱动柔顺机构拓扑构型容易出现类铰链结构,导致难以制造加工.为了满足制造工艺要求,提出一种考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化设计方法.采用改进的固体各向同性材料惩罚模型,利用达西定律结合排水项计算流体压力载荷,以机构的互应变能最大化和应变能最小化为优化目标,采用Otsu算法和拓扑细化算法提取柔顺机构的骨架特征,从而构建最小特征尺寸控制,以结构体积和最小特征尺寸作为约束,建立考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化模型,采用移动渐近线算法进行压力驱动柔顺机构拓扑优化问题求解.数值算例结果表明,所提设计方法获得的压力驱动柔顺机构最小特征尺寸满足约束,能够有效地抑制类铰链结构,并且分析不同最小控制尺寸对柔顺机构拓扑优化结果影响规律.
ISSN:1006-5911
DOI:10.13196/j.cims.2022.1032