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  2024, Vol. 45 Issue (6): 709-723    
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考虑几何非线性的无铰链柔顺机构渐进式拓扑优化设计
唐跃友1,王强1,何健2,夏凉1
1. 华中科技大学
2. 南方科技大学
Bi-evolutionary Structural Optimization Method for hinge-free compliant mechanism considering geometric nonlinearity
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摘要 基于双向渐进结构优化法提出一种考虑几何非线性的无铰链柔顺机构设计方法。首先,采用基于离散拓扑变量和渐进演化策略的双向渐进结构优化法进行柔顺机构设计,自然规避了传统变密度方法在考虑几何非线性时存在的中低密度单元畸变现象,有效提升了拓扑演化进程的数值稳定性。其次,通过对输入和输出端在单位激励下的响应形变进行约束,有效抑制了柔顺机构中集中铰链的形成,提升了结构强度并改善了设计构型的可制造性。最后,分别制备了考虑线性和非线性设计的柔顺机构测试样件,实验结果与数值仿真性能一致性良好,展现了在柔顺机构拓扑优化设计中考虑几何非线性的必要性。
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唐跃友 王强 何健 夏凉
Abstract:Based on the Bi-evolutionary Structural Optimization(BESO) method, a design method for hinge-free compliant mechanisms considering geometric nonlinearity is proposed. Firstly, BESO method based on discrete topological variables and asymptotic evolution algorithm is adopted for the design of compliant mechanisms, which naturally avoids the distortion phenomenon of medium and low density elements in traditional variable density methods when considering geometric nonlinearity, and effectively improves the numerical stability of the topological evolution process. Secondly, by constraining the response deformation of the input and output terminals under unit excitation, the formation of concentrated hinges in the compliant mechanism is effectively suppressed, the structural strength is improved, and the manufacturability of the design configuration is improved. Linear and nonlinear compliant mechanism test samples were prepared separately, and the consistency between experimental and numerical simulation performance was good, demonstrating the necessity of considering geometric nonlinearity in topology optimization design of compliant mechanisms.
收稿日期: 2024-03-18      出版日期: 2024-12-27
基金资助:国家自然科学基金
通讯作者: 夏凉     E-mail: xialiang@hust.edu.cn
引用本文:   
唐跃友 王强 何健 夏凉. 考虑几何非线性的无铰链柔顺机构渐进式拓扑优化设计[J]. , 2024, 45(6): 709-723.
链接本文:  
http://manu39.magtech.com.cn/Jwk_gtlxxb/CN/     或     http://manu39.magtech.com.cn/Jwk_gtlxxb/CN/Y2024/V45/I6/709
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