柔顺流体控制结构：概念与综合方法
计算工程、金融与科学
2019-04-22 v3
摘要
本稿件提出了平面柔顺流体控制结构（CFCSs）的概念与综合方法，其为具有嵌入式功能孔的单体柔性连续体。此类结构有望作为用于药物/营养递送的可调微流控器件在生物医学中应用。功能孔在柔顺结构响应外部刺激发生变形时扩大和/或收缩，从而促进流体/营养/药物传输的调控。我们构建了基于厚度设计变量的拓扑优化问题以生成这些结构的有效设计。提出了一种基于水力直径的目标函数，并使用基于梯度的优化器对其进行极值化。同时考虑了几何与材料非线性。所采用超弹性材料的非线性行为通过Arruda-Boyce本构材料模型建模。在大位移有限元分析中采用平面应力设置下的更新拉格朗日公式。所提出的综合方法被应用于具有多种流体控制功能的不同CFCSs。具有单个和/或多个功能孔的各种CFCSs的优化设计通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）软光刻工艺、使用高精度3D打印模具制造，并将其性能与数值预测进行比较。
引用
@article{arxiv.1811.11686,
title = {Compliant Fluidic Control Structures: Concept and Synthesis Approach},
author = {Prabhat Kumar and Paola Fanzio and Luigi Sasso and Matthijs Langelaar},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.11686},
year = {2019}
}
备注
12 Figures