基于并行策略的多材料柔顺机构多目标拓扑优化.pdf

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1、第52卷第19期机械工程学报Vol.52No.192016年10月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGOct.2016DOI：10.3901/JME.2016.19.001*基于并行策略的多材料柔顺机构多目标拓扑优化1112张宪民胡凯王念峰张斌(1.华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640；2.上海交通大学机械与动力工程学院上海200240)摘要：多材料柔顺机构能够让设计者充分利用各种材料的优良属性，在力，位移，以及能量转移等方面获得更大的设计自由度，因而受到重视。针对受到广泛研究的柔顺机构，结合多目标拓扑优化的方法，提出相应的基

2、于并行策略的求解模型。该方法的核心是将一个复杂的多材料多目标问题离散成为单材料子问题，然后并行求解，再根据整体目标的需要，对所有子问题的解进行调整以得到原始问题的解。针对多目标情形，提出新的材料与输出目标关系，从而在将多材料问题离散成单材料子问题的同时，也将多目标问题离散成单目标子问题。对所有的单材料单目标子问题采用各向同性材料的刚度插值-惩罚法并行独立求解。以上方法有其独特优势：在理论和实践上都比较简单，可以处理任意多种材料，可以避免零碎的拓扑结构因而有利于制造。通过算例说明了此方法的有效性。研究结果表明，该方法在某些输出需要特定材料的设计场合更具优势。关键

3、词：拓扑优化；柔顺机构；多目标优化；多材料中图分类号：TB112；TB114Multi-objectiveTopologyOptimizationofMultipleMaterialsCompliantMechanismsBasedonParallelStrategy1112ZHANGXianminHUKaiWANGNianfengZHANGBin(1.SchoolofMechanical&AutomotiveEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640;2.SchoolofMecha

4、nicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240)Abstract：Comparedtosingle-materialmechanisms,multi-materialmechanismsdesignenablesdesignerstofullyexploittheadvantagesofdifferentmaterialsandachievemoredesignfreedominforce,motion,andenergytransduction.Anewmultipleobjectivet

5、opologyoptimizationformultiplematerialscompliantmechanismsispresented.Centraltothemethodisaparallelpenalizationthatworksbydecomposinganoverallmulti-materialoptimizationintoaseriesofsinglematerialoptimizationandcoordinatingthesub-optimizationsothatthejointsolutionisoptimalfortheovera

6、llsystem.Anewmaterialandobjectivecorrespondingrelationshipisproposedtoensurethateachsub-problemcontainsonlyoneobjective.Thesingle-materialoptimizationsub-problemsareaccomplishedbythesolidIsotropicmaterialwithpenalization(SIMP)method.Theoverallprocedurehasitsuniquebenefits:itissimple

7、inconceptandpractice;itisflexibletohandleanarbitrarynumberofcandidatematerials;itcanavoidfragiletopologiesandisthereforeadvantageousformanufacturing.Severalnumericalexamplesaregiventoillustratetheeffectivenessoftheproposedmethod.Theresultsshowthattheproposedmethodismoreeffectiveinth

8、edesignofspecificma