机械工程学报

作者：何健, 何猛, 夏凉, 史铁林

单位：华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室 武汉 430074

关键词：柔性机构,拓扑优化,双向渐进结构优化法,动态演化,驱动设计；

基金：国家自然科学基金（11972166）、湖北省自然科学基金杰出青年基金（2020CFA080）和中央高校基本科研业务费专项资金（2019kfyXKJC044）资助项目。

基于双向渐进结构优化法提出一种面向柔性机构的拓扑优化设计策略。由于采用0/1离散拓扑设计变量和启发式变量更新机制，双向渐进结构优化法一般适用于结构刚度相关的凸优化设计问题。柔性机构以最大化驱动端的位移为设计目标，属于典型的非凸优化问题，难以直接应用该方法开展相应的设计。针对于此，通过定义一种由驱动位移和刚度特性（柔顺度）加权平均的优化目标函数，实现基于双向渐进结构优化法的柔性机构设计。该优化目标函数具有双重功效：（1）通过逐步（设计迭代步）衰减刚度特性的贡献，实现优化问题由刚度设计向驱动设计的动态演化，可应用双向渐进结构优化法开展机构的拓扑构型设计；（2）通过调节加权系数，实现对设计机构的驱动性能和刚度特性的灵活匹配调控，可有效抑制铰链的形成、防止应力集中引起的失效。典型算例的设计结果显示，提出的发展的演化式设计策略可实现稳健且高效的柔性机构设计。

来源：2021年第19期

《机械工程学报》期刊编辑部

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