Topology Optimization of Compliant Constant-Force Mechanisms

柔顺恒力机构的拓扑优化

• 批准号: 19F19373
• 负责人: 西脇 眞二
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-11-08 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19F19373/
• 关键词: コンプライアントメカニズム; トポロジー最適化; 構造最適化; 有限要素法; CAE; CAE]

荷重一定のコンプライアントメカニズム(Constant-force mechanisms (CFMs))は，ほぼ一定の荷重を発生するように設計された機械構造の柔軟性を利用したメカニズムである．CFMsはその機構的な特長により，MEMSや生体医療などへの幅広い応用が期待されている．本研究では，トポロジー最適化に基づきCFMsの体系的な構造創成設計法を構築する．すなわち，まず荷重一定の機能達成に必要となる構造の幾何学的非線形性を考慮可能なトポロジー最適化の方法を開発する．次に，荷重一定の機能を達成するための最適化問題の定式化を行う．そして，その定式化によりCFMsの構造創成のための最適化アルゴリズムを開発する．さらに，本方法により簡単なCFMsの構造創成設計を行い，構築した方法論の有効性を検証する．本年度は，自由曲面の描画曲線の一種であるBezier曲線を用いた方法を開発した．すなわち，まず，Bezier曲線で表現した骨組み構造をレベルセット関数で表し，このBezier曲線で表現した骨組み構造の位置と形状はBezier曲線のコントロールポイントをこの骨組み構造の幅を最適化問題の設計変数とする．そして，Bezier曲線で表現した骨組み構造の端を示すコントロールポイントを，荷重負荷位置と拘束箇所との連結を確保するために制約する．そして，多くのBezier曲線で表現した骨組み構造を初期構造として準備しておき，これらのBezier曲線で表現した骨組み構造を移動，変形，重ね合わせることにより，最適構造を求める方法を構築した．なお，Bezier曲線で表現した骨組み構造はレベルセット関数で陰的に表現しているため，骨組み構造の移動，変形，重ね合わせを容易に行うことができる特長をもつ．

The load must be fixed on the Constant-force mechanisms (CFMs), and the load must be on the design of the machine. The flexible machine is used to make use of the specialty of the CFMs equipment. The MEMS biomedical equipment is designed to be used in this study. In this paper, the design method of the most efficient basic CFMs system is established, and the load load must be achieved. The non-formal test of how to learn is possible. It is possible that the most efficient method of optimization is open. Second, the load must be able to cause the optimization of the problem of optimization. In this year, a free-form CFMs is used to draw a curve of the free-form surface. This method is used to analyze the Bezier curve of the freeform surface. The Bezier curve table shows that the configuration of the bone group has been created, and that of the Bezier curve has been shown that the configuration of the bone group has been changed, the shape of the Bezier curve has been created, and the format optimization problem has been created. The number of settings has been changed, and the Bezier curve has been shown to show the configuration of the bone group at the end of the configuration. The link of the load location is bound to ensure that the system is in good condition. The multi-load Bezier curve table shows that the system is ready for the initial stage of the operation, and the Bezier curve table shows that the bone group is ready to move, shape, recombine the data, and the most efficient method is to obtain the data. The Bezier curve table shows that the number of data sets can be changed, and the movement and shape of the bone components can be easily realized.

项目成果

An 89-line code for geometrically nonlinear topology optimization written in FreeFEM

• DOI: 10.1007/s00158-020-02733-x
• 发表时间: 2020-09
• 期刊: Structural and Multidisciplinary Optimization
• 影响因子: 3.9
• 作者: Zhu Benliang;Zhu Benliang;Xianmin Zhang;Hai Li;Junwen Liang;Rixin Wang;Hao Li;S. Nishiwaki

Explicit structural topology optimization using moving wide Bezier components with constrained ends

• DOI: 10.1007/s00158-021-02853-y
• 发表时间: 2021-02-19
• 期刊: STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION
• 影响因子: 3.9
• 作者: Zhu, Benliang;Wang, Rixin;Nishiwaki, Shinji
• 通讯作者: Nishiwaki, Shinji