考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化设计

拓扑优化设计的压力驱动柔顺机构拓扑构型容易出现类铰链结构，导致难以制造加工。为了满足制造工艺要求，提出一种考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化设计方法。采用改进的固体各向同性材料惩罚模型，利用达西定律结合排水项计算流体压力载荷，以机构的互应变能最大化和应变能最小化为优化目标，采用Otsu算法和拓扑细化算法提取柔顺机构的骨架特征，从而构建最小特征尺寸控制，以结构体积和最小特征尺寸作为约束，建立考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化模型，采用移动渐近线算法进行压力驱动柔顺机构拓扑优化问题求解。数值算例结果表明，所提设计方法获得的压力驱动柔顺机构最小特征尺寸满足约束，能够有效地抑制类铰链结构，并且分析不同最小控制尺寸对柔顺机构拓扑优化结果影响规律。