考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化设计
来源：计算机集成制造系统杂志2024年第3期北京时间：
作者：占金青, 蒲圣鑫, 王啸, 刘敏
单位：1.华东交通大学机电与车辆工程学院2.华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室
摘要：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。
关键词：柔顺机构,压力载荷,拓扑优化,最小尺寸控制
基金资助：国家自然科学基金资助项目(52065019,52165002,51665011);江西省自然科学基金资助项目(20224BAB204041,20202ACBL214013,20232BCJ23021)。
