一种基于增材制造的金属阻尼结构设计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于增材制造的金属阻尼结构设计方法，本发明专利技术结合有限元分析，振动分析及参数化阻尼多孔结构的梯度分布设计，在满足力学性能的前提下，针对功能件不同部位的性能需求采用不同的阻尼结构策略，实现合理高效的阻尼设计，并使用增材制造方法制备高阻尼部件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增材制造的金属阻尼结构设计方法
本专利技术涉及结构设计
，尤其涉及一种基于增材制造的金属阻尼结构设计方法。
技术介绍
随着社会的进步，技术的发展，结构设计也在不断进步，但是目前的阻尼设计不够高效合理，难以满足用户的需求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于增材制造的金属阻尼结构设计方法，包括如下步骤：（1）建立参数化阻尼多孔结构数据库，阻尼多孔结构进行力学性能分析，建立参数化阻尼结构单元体与力学性能的对应关系；（2）模拟产品的真实工作情况，对原始产品模型结构进行有限元分析和振动分析，得到应力分布图与振动方程；（3）根据振动分析结果，针对产品中不同区域对力学性能的差异要求和振动规律，调整参数化阻尼结构单元体的种类、大小、特征形貌、密度分布、组合方式，构建性能与之相应的梯度功能零部件；（4）在参数化集成设计系统中，使用阻尼结构单元对产品中振动集中区域与过渡区域进行替换，不同性能要求的区域采用不同的阻尼单元结构，相邻区域间使用渐变的单元体结构进行过渡，避免在结构突变处产生应力集中，影响产品性能；（5）对等效变换后的产品结构使用有限元分析进行力学性能校核与振动分析，符合预期效果的即为优化的阻尼化功能件，不符合预期效果的则重复步骤（3）、步骤（4）直至优化设计的有限元分析何振动分析结果符合预期。作为本专利技术的进一步改进，该金属阻尼结构设计方法还包括：（6）依据步骤（5）所述优化设计的有限元分析和振动分析结果，转换成可用于增材制造的数据格式，采用增材制造方法进行成型，即得轻量化功能零部件。作为本专利技术的进一步改进，在步骤（1）中，阻尼多孔结构包括极小球单元、骨组织结构单元体、桁架结构单元体，并对不同种类、大小、特征形貌、密度分布、组合方式下的阻尼多孔结构进行力学性能分析，建立参数化阻尼结构单元体与力学性能的对应关系。作为本专利技术的进一步改进，步骤（1）中所述参数化阻尼结构单元体包括通过三维建模软件正向建模得到的结构，也包括通过逆向工程得到的结构。作为本专利技术的进一步改进，在步骤（1）中，所述骨组织结构单元体包括基于逆向工程得到的骨小梁结构或者基于正向设计得到的仿生骨组织结构。作为本专利技术的进一步改进，在步骤（1）中，所述桁架结构单元体包括正多面体桁架结构。作为本专利技术的进一步改进，在步骤（1）中，所述参数化阻尼结构单元体是运用参数化建模软件，将轻量化单元体的特征几何形状与尺寸大小用变量参数的方式来表示，实现轻量化结构的参数化设计过程，通过改变建模过程中的特征参数，得到不同种类、大小、特征形貌、密度分布、组合方式下的单元体多孔结构，实现结构、重量、力学性能的精准对应关系。作为本专利技术的进一步改进，步骤（6）中所述增材制造方法指依据三维CAD数据，将材料逐层叠加得到实体的制造方法。作为本专利技术的进一步改进，所述增材制造方法包括激光选区熔化、激光选区烧结、激光近净成形、电子束熔化、熔融沉积制造、立体喷印、光固化成形、分层实体制造。本专利技术的有益效果是：本专利技术结合有限元分析，振动分析及参数化阻尼多孔结构的梯度分布设计，在满足力学性能的前提下，针对功能件不同部位的性能需求采用不同的阻尼结构策略，实现合理高效的阻尼设计，并使用增材制造方法制备高阻尼部件。具体实施方式本专利技术公开了一种基于增材制造的金属阻尼结构设计方法，包括如下步骤：（1）建立参数化阻尼多孔结构数据库，阻尼多孔结构进行力学性能分析，建立参数化阻尼结构单元体与力学性能的对应关系；（2）模拟产品的真实工作情况，对原始产品模型结构进行有限元分析和振动分析，得到应力分布图与振动方程；（3）根据振动分析结果，针对产品中不同区域对力学性能的差异要求和振动规律，调整参数化阻尼结构单元体的种类、大小、特征形貌、密度分布、组合方式，构建性能与之相应的梯度功能零部件；（4）在参数化集成设计系统中，使用阻尼结构单元对产品中振动集中区域与过渡区域进行替换，不同性能要求的区域采用不同的阻尼单元结构，相邻区域间使用渐变的单元体结构进行过渡，避免在结构突变处产生应力集中，影响产品性能；（5）对等效变换后的产品结构使用有限元分析进行力学性能校核与振动分析，符合预期效果的即为优化的阻尼化功能件，不符合预期效果的则重复步骤（3）、步骤（4）直至优化设计的有限元分析何振动分析结果符合预期。该金属阻尼结构设计方法还包括：（6）依据步骤（5）所述优化设计的有限元分析和振动分析结果，转换成可用于增材制造的数据格式，采用增材制造方法进行成型，即得轻量化功能零部件。在步骤（1）中，阻尼多孔结构包括极小球单元、骨组织结构单元体、桁架结构单元体，并对不同种类、大小、特征形貌、密度分布、组合方式下的阻尼多孔结构进行力学性能分析，建立参数化阻尼结构单元体与力学性能的对应关系。步骤（1）中所述参数化阻尼结构单元体包括通过三维建模软件正向建模得到的结构，也包括通过逆向工程得到的结构。在步骤（1）中，所述骨组织结构单元体包括基于逆向工程得到的骨小梁结构或者基于正向设计得到的仿生骨组织结构。在步骤（1）中，所述桁架结构单元体包括正多面体桁架结构。在步骤（1）中，所述参数化阻尼结构单元体是运用参数化建模软件，将轻量化单元体的特征几何形状与尺寸大小用变量参数的方式来表示，实现轻量化结构的参数化设计过程，通过改变建模过程中的特征参数，得到不同种类、大小、特征形貌、密度分布、组合方式下的单元体多孔结构，实现结构、重量、力学性能的精准对应关系。步骤（6）中所述增材制造方法指依据三维CAD数据，将材料逐层叠加得到实体的制造方法。所述增材制造方法包括激光选区熔化、激光选区烧结、激光近净成形、电子束熔化、熔融沉积制造、立体喷印、光固化成形、分层实体制造。本专利技术结合有限元分析，振动分析及参数化阻尼多孔结构的梯度分布设计，在满足力学性能的前提下，针对功能件不同部位的性能需求采用不同的阻尼结构策略，实现合理高效的阻尼设计，并使用增材制造方法制备高阻尼部件。以上内容是结合具体的优选实施方式对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定本专利技术的具体实施只局限于这些说明。对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于增材制造的金属阻尼结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）建立参数化阻尼多孔结构数据库，对阻尼多孔结构进行力学性能分析，建立参数化阻尼结构单元体与力学性能的对应关系；（2）模拟产品的真实工作情况，对原始产品模型结构进行有限元分析和振动分析，得到应力分布图与振动方程；（3）根据振动分析结果，针对产品中不同区域对力学性能的差异要求和振动规律，调整参数化阻尼结构单元体的种类、大小、特征形貌、密度分布、组合方式，构建性能与之相应的梯度功能零部件；（4）在参数化集成设计系统中，使用阻尼结构单元对产品中振动集中区域与过渡区域进行替换，不同性能要求的区域采用不同的阻尼单元结构，相邻区域间使用渐变的单元体结构进行过渡，避免在结构突变处产生应力集中，影响产品性能；（5）对等效变换后的产品结构使用有限元分析进行力学性能校核与振动分析，符合预期效果的即为优化的阻尼化功能件，不符合预期效果的则重复步骤（3）、步骤（4）直至优化设计的有限元分析何振动分析结果符合预期。

【技术特征摘要】
1.一种基于增材制造的金属阻尼结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）建立参数化阻尼多孔结构数据库，对阻尼多孔结构进行力学性能分析，建立参数化阻尼结构单元体与力学性能的对应关系；（2）模拟产品的真实工作情况，对原始产品模型结构进行有限元分析和振动分析，得到应力分布图与振动方程；（3）根据振动分析结果，针对产品中不同区域对力学性能的差异要求和振动规律，调整参数化阻尼结构单元体的种类、大小、特征形貌、密度分布、组合方式，构建性能与之相应的梯度功能零部件；（4）在参数化集成设计系统中，使用阻尼结构单元对产品中振动集中区域与过渡区域进行替换，不同性能要求的区域采用不同的阻尼单元结构，相邻区域间使用渐变的单元体结构进行过渡，避免在结构突变处产生应力集中，影响产品性能；（5）对等效变换后的产品结构使用有限元分析进行力学性能校核与振动分析，符合预期效果的即为优化的阻尼化功能件，不符合预期效果的则重复步骤（3）、步骤（4）直至优化设计的有限元分析何振动分析结果符合预期。2.根据权利要求1所述的金属阻尼结构设计方法，其特征在于，该金属阻尼结构设计方法还包括：（6）依据步骤（5）所述优化设计的有限元分析和振动分析结果，转换成可用于增材制造的数据格式，采用增材制造方法进行成型，即得轻量化功能零部件。3.根据权利要求1所述的金属阻尼结构设计方法，其特征在于，在步骤（1）中，阻尼多孔结构包括极小球单元、骨组织结构单元体、桁架结构单元体，并对...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩品连，何武庆，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44