High-tech equipment critically relies on flexures for precise manipulation and measurement. Through elastic deformation, flexures offer extreme position repeatability within a limited range of motion in their degrees of freedom, while constraining motion in the degrees of constraint. Topology optimization proves a prospective tool for the design of short-stroke flexures, providing maximum design freedom and allowing for application-specific requirements. State-of-the-art topology optimization formulations for flexure synthesis are subject to challenges like ease of use, versatility, implementation complexity, and computational cost, leaving a generally accepted formulation absent. This study proposes a novel topology optimization formulation for the synthesis of short-stroke flexures uniquely based on strain energy measures under prescribed displacement scenarios. The resulting self-adjoint optimization problem resembles great similarity to classic compliance minimization and inherits similar implementation simplicity, computational efficiency, and convergence properties. Numerical examples demonstrate the versatility in flexure types and the extendability of additional design requirements. The provided source code encourages the formulation to be explored and applied in academia and industry.


翻译:高科技设备严重依赖弹性操作和测量,通过弹性变形,弹性变形在自由度有限的运动范围内提供了极端位置的重复性,同时在限制程度上限制运动,地形优化证明是设计短短弹性、提供最大设计自由并允许适用特定要求的潜在工具,弹性合成的国型地形优化配方面临挑战,如易于使用、多功能、执行复杂性和计算成本等,因此没有普遍接受的配方。本研究报告提议了一种新型的顶级优化配方,以根据规定的变迁情景下的压力能源措施,将短动作弹性调整成独特的组合。由此产生的自我联合优化问题类似于典型的尽量减少遵守,并继承类似的简化执行、计算效率和趋同特性。数字实例表明弹性类型多功能和额外设计要求的可扩展性。所提供的源代码鼓励在学术界和工业界探讨和适用这种配方。

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