This paper presents a robust density-based topology optimization approach for synthesizing pressure-actuated 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, gripper, and contractor compliant mechanisms with different minimum feature sizes. Limitations of the linear elasticity assumptions while designing mechanisms are identified with high pressure loads. Challenges involved in designing finite deformable pressure-actuated compliant mechanisms are presented.


翻译:本文提出了一种稳健的基于密度的拓扑优化方法,用于合成压力驱动柔性机构。为确保对制造精度的功能性,采用稳健或三场量制式,包括设计的膨胀、中间和侵蚀实现。达西定律与概念化的排水项结合使用,将设计向量建模为压力负载的函数。使用标准有限元法从获得的压力场中评估一致的节点载荷。采用伴随变量方法获得目标和负载敏感性。使用既考虑机构刚度又考虑柔性的多目标优化方法,在鲁棒的制式下,解决了压力驱动的反相器、夹持和承包商柔性机构的最小特征尺寸不同的问题。当设计机构面临高压力载荷时,识别了线性弹性假设的局限性。介绍了设计有限可形变压力驱动柔性机构面临的挑战。

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