This paper presents a density-based topology optimization approach for synthesizing pressure-actuated robust compliant mechanisms. To ensure functionality under manufacturing inaccuracies, the robust or three-field formulation is employed, involving dilated, intermediate and eroded realizations of the design. Darcy's law in conjunction with a conceptualized drainage term is used to model the pressure load as a function of the design vector. The consistent nodal loads are evaluated from the obtained pressure field using the standard finite element method. The objective and load sensitivities are obtained using the adjoint-variable approach. A multi-criteria objective involving both the stiffness and flexibility of the mechanism is employed in the robust formulation, and min-max optimization problems are solved to obtain pressure-actuated inverter and gripper compliant mechanisms with different minimum feature sizes. Limitations of the linear elasticity assumptions while designing mechanisms are identified with high pressure loads.


翻译:本文介绍了一种基于密度的地形优化方法,用于合成压力活化稳健的合规机制。为确保制造不准确机制的功能,采用了稳健或三野配方,涉及扩大、中间和侵蚀的设计实现。达西的法律与一个概念化排水术语一起用于模拟压力负载,作为设计矢量的函数。使用标准的有限元素方法,从获得的压力场对一致的节点负载进行评估。目标和负载敏感度是通过联合可变方法获得的。在稳健的配方中采用多标准目标,涉及机制的僵硬性和灵活性,并解决微量优化问题,以获得具有不同最小特性的压动垂直和紧固性机制。线性弹性假设在设计机制时的局限性与高压力负载。

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