基于SIMP模型的微电容加速度计结构拓扑优化.pdf

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1、机械设计与制造第9期2l0MachineryDesign&Manufacture2012年9月文章编号：1001—3997(2012)09—0210-03基于SIMP模型的微电容加速度计结构拓扑优化邹春江谢勇君向宇左孔天唐景龙(广西工学院汽车工程系，柳州545006)(暨南大学电气信息学院，珠海519070)TopologyOptimizationforStructureofMicro—CapacitiveAccelerometerBasedonSIMP0ptimizationTheoryZOUChun

2、-jiang，XIEYong~un，XIANGYu，ZUOKong-tian，TANGJing—long(’DepartmentofAutomobileEngineering，GuangxiInstituteofTechnology，Liuzhou545006，China)(2CollegeofElectrical&InformationEngineering，JinanUniversity，Zhuhai519070，China)、●一卜^”t善十^l一t^阜十斤§”一t十^t^童十^毒十^—pq^M—

3、t十^童十毫十^●—^"”^斤^’【摘要】基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型，以微电容加速度计结构弹性梁和质量块检测方向的柔度最大化，非检测方向的柔度最小化为综合相对柔度目标，以检测方向的谐振频率尽可能小于非检测方向谐振频率为抗横向干扰能力目标，一定体积比作为约束条件，建立了微电容加速度计弹性梁和质量块结构拓扑优化设计模型，采用优化准则算法进行迭代求解计算，通过二维数值算例验证了优化模型的有效性，为研究微电容加速度计结构优化设计提供了一种新的思路和方法。关键词：微电容加速度计；拓扑优化；抗横向

4、干扰；横向相对柔度；SIMP密度法【Abstract】BasedontheSIMPmaterialinterpolationmodelofthecontinuumstructuraltopologyopti-mization，tomaximizethedetectdirectionflexibilityofelasticbeamandmass-blockstructureofmicrocapac-itive—accelerometerandtominimizethefiexibilityofnon-de

5、tectdirection∞therelativecomplianceobjec-tives．andwiththeresonantfreqnencyofdetectdirectionlessthanitsnon--detectdirectionanti-transverseinterferencetarget，andthevolumetheconstrainedcondition，thetopologyoptimizationmodelfortheelasticbeamandmass-blockstru

6、ctureofmicrocapacitive-accelerometerisestablished，andtwonumericalexamplesverif~dtheefectivenessofthisapproachbyadoptingoptimizationcriterionalgorithm，providingthenewideasandmethodsforthestudyofthestructuraloptimizationdesignformicto-capacitiveacceleromet

7、er．KeyWords：MicroCapacitive-Accelerometer；TopologyOptimization；Anti—Interference；St卜uctureCompliance；SolidIsotropicMaterial、】lrithPenalizationModel●t●1h-'，●●1■1p-1'、hr●，■p■1-●1nfP●1-●1h●1P■、，t●●1●111hl、中图分类号：TH16；TM53；TB476文献标识码：A1引言插值模型，分别以叉指式微电容加速度计陛梁和

8、质量块检测方向的柔度最大化，非检测方向的柔度最小化为综合目标函数及以抗横微加速度计按敏感原理的不同可以分为：电容式、压阻式、压向干扰最大化为目标函数，以一定体积比作为约束条件，建立了电式和隧道效应式，其中微电容式加速度计ⅡI具有灵敏度高、温度微加速度计结构拓扑优化模型，借助Matlab编程对微结构进行漂移小、稳定性好、抗过载能力强等特点，是目前微加速度计的主流拓扑优化设计获得了满足其约束条件要求的优化结构形式。产品。现有的微加速度计产品大都