Development and validation of an automated FEM-based design optimization tool for continuum compliant structures

Coemert Suat; Yalvac Baturay; Bott Vincent; Sun Yilun; Lueth Tim C.

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Development and validation of an automated FEM-based design optimization tool for continuum compliant structures

机译：连续式结构的自动分配有限元设计优化工具的开发与验证

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This paper presents a design optimization method for continuum compliant structures. The developed optimization tool enables automated design, analysis and optimization of the compliant structures in a single simulation environment. The associated algorithm used automatically analyses the stress distribution occurring under certain loading and deformation conditions of initial designs defined by the user, adjusts a uniform stress distribution among individual flexure hinges by automated dimensioning and finalizes the design by integrating mechanical stops automatically matched with the kinematic capacity of individual hinges. In order to prove the advantages of the proposed optimization method, validation tests were performed under static and dynamic loading conditions. Results of the experiments showed that, compared to the non-optimized ones, optimized structures with the developed tool exhibit more uniform curvatures which indicate more even stress distribution among the individual hinges; up to 25% value increase in terms of maximum bearable load and maximum permissible deflection angle; less plastic deformation in case of overloading and up to 100% increased fatigue life.

机译：本文提出了一种用于连续符合符合符合性结构的设计优化方法。开发的优化工具可以在单个仿真环境中自动设计，分析和优化兼容结构。所用的相关算法自动分析由用户定义的初始设计的某些负载和变形条件下发生的应力分布，通过自动尺寸尺寸调节各个弯曲铰链之间的均匀应力分布，并通过集成与运动容量自动匹配的机械停止完成设计个人铰链。为了证明所提出的优化方法的优点，在静态和动态负载条件下进行验证测试。实验结果表明，与非优化的结果相比，具有开发工具的优化结构表现出更均匀的曲率，表示个体铰链之间的更均匀的应力分布;最大可覆盖载荷和最大允许偏转角度的最高可达25％的值增加;在过载的情况下较少塑性变形，疲劳寿命增加100％。

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来源
《International journal of mechanics and materials in design》 |2021年第2期|245-269|共25页
作者
Coemert Suat; Yalvac Baturay; Bott Vincent; Sun Yilun; Lueth Tim C.;
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作者单位

Tech Univ Munich Inst Micro Technol & Med Device Technol MIMED Boltzmannstr 15 D-85748 Garching Germany;

Tech Univ Munich Inst Micro Technol & Med Device Technol MIMED Boltzmannstr 15 D-85748 Garching Germany;

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正文语种 eng
中图分类
关键词
Design optimization; Compliant mechanisms; Automated tool;

机译：设计优化;兼容机制;自动化工具;

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