考虑最小尺寸约束的内嵌可移动压电驱动柔顺机构拓扑优化设计

摘要

为了使柔顺机构构型与压电驱动分布同时达到最优，并满足工艺制造要求，提出考虑最小尺寸约束的内嵌可移动压电驱动柔顺机构拓扑优化设计方法。采用独立点密度插值模型描述主体结构的材料分布，利用水平集函数表征任意形状的内嵌可移动压电驱动器，通过结构指示函数识别实体和空相材料，采用滤波阈值技术控制主体结构的最小尺寸。同时建立非重叠约束以保证压电驱动器在优化过程中不与设计域边界发生重叠，并以柔顺机构的输出位移最大化为目标函数，建立独立点密度插值-水平集联合拓扑优化模型，利用移动渐近线法求解拓扑优化问题。数值算例证明所提方法可以有效地同时优化主体结构和压电驱动器的位置分布，并满足最小尺寸要求。

关键词

柔顺机构 / 拓扑优化 / 压电驱动 / 最小尺寸约束 / 可移动组件

基金资助

国家自然科学基金(52165002,52065019); 赣鄱俊才支持计划——主要学科学术和技术带头人培养项目(20232BCJ23021); 江西省自然科学基金(20224BAB204041,20232BCJ25012,20242BAB26067); 中国博士后科学基金(2022M723189); 江西省教育厅科技项目(GJJ2200628)