自适应材料插值在柔顺常力机构非线性拓扑优化中的应用

作者：梁俊文,朱本亮,张宪民 日期：2024-05-24/span> 浏览：164 查看PDF文档

摘要:为解决柔顺常力机构的非线性拓扑优化中存在的数值不稳定问题,对非线性拓扑优化的材料插值方法进行了研究。首先,根据常力机构的工作特点以及输出特性,分别构建了其非线性拓扑优化的设计域以及优化模型;然后,对数值不稳定问题产生的原因展开了讨论,从控制应变以避免数值不稳定问题的角度出发,提出了一种新的材料插值模型,模型中引入了参数α,对低密度单元抗变形能力进行了统一调节,并根据最大等效应变给出了一种参数α的自适应调整策略;最后,基于提出的材料插值模型,推导了常力机构优化模型的目标函数敏度表达式,对不同常力区间的常力机构进行了优化,分别对优化结果以及优化效率进行了讨论;并搭建了实验平台,对优化得到的常力机构的实际输出性能进行了验证。实验结果显示:该方法优化得到的常力机构在特定的常力区间内,最大输出力误差为2.3%。研究结果表明:自适应材料插值方法有效地避免了数值不稳定问题,稳定性得到了提升,且优化效率相比于附加超弹材料方法得到了提升。

关键词:柔顺常力机构;自适应材料插值;非线性拓扑优化;数值不稳定;目标函数敏度;优化效率

中图分类号:TH112文献标识码:A文章编号:1001-4551(2024)05-0913-11


本文引用格式:

梁俊文,朱本亮,张宪民.自适应材料插值在柔顺常力机构非线性拓扑优化中的应用［J］.机电工程,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.