自适应材料插值在柔顺常力机构非线性拓扑优化中的应用

为解决柔顺常力机构的非线性拓扑优化中存在的数值不稳定问题，对非线性拓扑优化的材料插值方法进行了研究。首先，根据常力机构的工作特点以及输出特性，分别构建了其非线性拓扑优化的设计域以及优化模型；然后，对数值不稳定问题产生的原因展开了讨论，从控制应变以避免数值不稳定问题的角度出发，提出了一种新的材料插值模型，模型中引入了参数α,对低密度单元抗变形能力进行了统一调节，并根据最大等效应变给出了一种参数α的自适应调整策略；最后，基于提出的材料插值模型，推导了常力机构优化模型的目标函数敏度表达式，对不同常力区间的常力机构进行了优化，分别对优化结果以及优化效率进行了讨论；并搭建了实验平台，对优化得到的常力机构的实际输出性能进行了验证。实验结果显示：该方法优化得到的常力机构在特定的常力区间内，最大输出力误差为2.3%。研究结果表明：自适应材料插值方法有效地避免了数值不稳定问题，稳定性得到了提升，且优化效率相比于附加超弹材料方法得到了提升。