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自適應材料插值在柔順常力機構非線(xiàn)性拓撲優(yōu)化中的應用

作者：梁俊文,朱本亮,張憲民 日期：2024-05-24/span> 瀏覽：182 查看PDF文檔

摘要:為解決柔順常力機構的非線(xiàn)性拓撲優(yōu)化中存在的數值不穩定問(wèn)題,對非線(xiàn)性拓撲優(yōu)化的材料插值方法進(jìn)行了研究。首先,根據常力機構的工作特點(diǎn)以及輸出特性,分別構建了其非線(xiàn)性拓撲優(yōu)化的設計域以及優(yōu)化模型;然后,對數值不穩定問(wèn)題產(chǎn)生的原因展開(kāi)了討論,從控制應變以避免數值不穩定問(wèn)題的角度出發(fā),提出了一種新的材料插值模型,模型中引入了參數α,對低密度單元抗變形能力進(jìn)行了統一調節,并根據最大等效應變給出了一種參數α的自適應調整策略;最后,基于提出的材料插值模型,推導了常力機構優(yōu)化模型的目標函數敏度表達式,對不同常力區間的常力機構進(jìn)行了優(yōu)化,分別對優(yōu)化結果以及優(yōu)化效率進(jìn)行了討論;并搭建了實(shí)驗平臺,對優(yōu)化得到的常力機構的實(shí)際輸出性能進(jìn)行了驗證。實(shí)驗結果顯示:該方法優(yōu)化得到的常力機構在特定的常力區間內,最大輸出力誤差為2.3%。研究結果表明:自適應材料插值方法有效地避免了數值不穩定問(wèn)題,穩定性得到了提升,且優(yōu)化效率相比于附加超彈材料方法得到了提升。

關(guān)鍵詞:柔順常力機構;自適應材料插值;非線(xiàn)性拓撲優(yōu)化;數值不穩定;目標函數敏度;優(yōu)化效率

中圖分類(lèi)號:TH112文獻標識碼:A文章編號:1001-4551(2024)05-0913-11


本文引用格式:

梁俊文,朱本亮,張憲民.自適應材料插值在柔順常力機構非線(xiàn)性拓撲優(yōu)化中的應用［J］.機電工程,2024,41(5):913-923.

LIANG Junwen, ZHU Benliang, ZHANG Xianmin. Application of adaptive material interpolation in nonlinear topology optimization of compliant constant force mechanism［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2024,41(5):913-923.