一种点阵结构及点阵零件制造技术

本发明专利技术涉及材料结构技术领域，尤其涉及一种点阵结构。该点阵结构包括多个点阵胞元，多个所述点阵胞元之间阵列排布，每个所述点阵胞元包括多个变径连杆，所述变径连杆之间通过节点连接，所述变径连杆两端的直径大于两端之间部分的直径，且所述变径连杆的直径呈平滑过渡变化。能够使点阵结构各处受力分布更均匀，减少节点的应力集中，比强度和比刚度更大。本发明专利技术还涉及包括上述点阵结构的点阵零件，提高了零件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种点阵结构及点阵零件
本专利技术涉及材料结构
，尤其涉及一种点阵结构及点阵零件。
技术介绍
随着工程技术的迅猛发展，工程师们对结构轻量化及功能多样化提出了迫切的要求。超轻多孔材料是近年来随着材料制备与机械加工技术的迅速发展而出现的一类新型的多功能材料，具有结构功能一体化的显著特征。点阵零件具有高孔隙率，可以通过对点阵零件的单胞构型设计使点阵结构具有高比强度、高比刚度、高抗弯强度的优点，使得在相同结构承载力作用下可节省大量的材料，大大减轻了结构自重。点阵结构是指单胞周期性排列、单胞是由节点和连杆所构成的结构。现有点阵结构在受力时，点阵的连杆会出现受力不均的情况，例如在弯曲力作用下，连杆端部(节点处)的应力集中现象比较明显，节点处往往首先达到屈服，结构的破坏也常在节点附近出现，不仅造成了材料的浪费，而且也并未充分发挥结构的高比刚度、高比强度的特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种点阵结构及包含有该点阵结构的点阵零件，以解决上述中任一技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种点阵结构，包括多个点阵胞元，多个所述点阵胞元之间阵列排布，每个所述点阵胞元包括多个变径连杆，所述变径连杆之间通过节点连接，所述变径连杆两端的直径大于两端之间部分的直径，且所述变径连杆的直径呈平滑过渡变化。优选地，所述变径连杆的两端的直径最大，两端之间的中部位置的直径最小。优选地，所述变径连杆的直径由端部至中点处方向逐渐缩小。优选地，所述变径连杆的直径的变化基于样条曲线。优选地，所述变径连杆的横截面为圆形或正六边形。优选地，所述点阵胞元为菱形十二面体、面心立方或体心立方。优选地，所述变径连杆的相对位置由立方体的体心和立方体的顶点确定。优选地，所述变径连杆的一端位于所述立方体的顶点，另一端与位于所述立方体的体心连接。优选地，多个点阵胞元之间呈空间笛卡尔直角坐标系阵列排布。本专利技术还提供了一种点阵零件，包括上述任一点阵结构。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：1、本专利技术提供的点阵结构，每个所述点阵胞元包括多个变径连杆，所述变径连杆之间通过节点连接，所述变径连杆两端的直径大于两端之间部分的直径，且所述变径连杆的直径呈平滑过渡变化，使点阵结构受力分布更均匀，减少节点的应力集中，比强度和比刚度更大。2、本专利技术提供的具有点阵结构的零件，能够使点阵结构受力分布更均匀，减少节点的应力集中，比强度和比刚度更大，提高了零件的可靠性。附图说明图1是本专利技术实施例一的一种变径连杆截面为圆形的菱形十二面体点阵胞元示意图；图2是本专利技术实施例一的一种变径连杆截面为正六边形的菱形十二面体点阵胞元示意图；图3是本专利技术实施例一的一种由面心立方胞元组成的点阵结构示意图；图4是本专利技术实施例一的一种由体心立方胞元组成的点阵结构示意图；图5是本专利技术实施例一的一种由菱形十二面体胞元组成的点阵结构示意图；图6是本专利技术实施例一的一种变径连杆的结构示意图；图7是本专利技术实施例一的一种变径连杆的相对位置关系示意图；图8是相同质量下本专利技术实施例一的点阵结构与现有点阵结构的名义应力-名义应变曲线对比图；图9是本专利技术实施例二的一种点阵零件的结构示意图；图10是本专利技术实施例二的另一种点阵零件的结构示意图。图中：1：点阵结构；11：点阵胞元；111：节点；112：变径连杆。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一参见图1至图5所示，本专利技术实施例提供的点阵结构1包括多个点阵胞元11，多个点阵胞元11之间呈阵列排布，此处所述的阵列是指多个点阵胞元11之间按照一定规律排布，例如，通过对行数，列数，中心点的设定来将这个物体根据需要进行摆放和排布。例如，在一些实施方式中，将一个点阵胞元11作为坐标系原点，其它点阵胞元11是沿坐标系的X、Y、Z方向排布形成点阵结构。在另外一些实施方式中，可以按照一个或两个方向排布形成点阵结构。其中，每个点阵胞元11包括多个变径连杆112，变径边杆112之间通过节点111连接，即根据需要，一定数量的变径边杆112在空间上呈一定角度设置，使这些变径连杆112的一端呈一定角度连接，该连接处即为节点111，根据点阵胞元11的构型，节点111的数量、每个节点处连接的变径连杆112的数量以及变径连杆112的角度都可以调整。另外，根据变径连杆112的位置，其可以是只有一端与节点111连接，另一端直接与包含该点阵结构的零件或材料的相应部分连接，或者与相邻的点阵胞元11的某一节点111连接，在此不作限定。以菱形十二面体为例，其抽象的包含十二个相同的菱形，二十四条边和十四个顶点(点阵构型空间位置参数及其约束关系是确定的，这里不详细阐述实现过程)。如图6所示，本实施例的点阵结构1与现有技术的最大的区别在于：点阵胞元11的连杆为变径连杆112，该变径连杆112两端的直径大于两端之间部分的直径，即变径连杆112两端的直径最大，两端之间这一部分的直径小于两端部的直径，并且变径连杆112的直径呈平滑过渡变化。使用本实施例的变径连杆，能够使点阵结构受力分布更均匀，减少节点的应力集中，比强度和比刚度更大。将相同构型且质量相同(相对密度相同)的本实施例的点阵结构(变径连杆)与现有的点阵结构(等径连杆)分别进行强度测试，具体地，选用两组点阵结构进行测试，每一组有两个点阵结构，且两个点阵结构是相同构型且质量相同，其中一个点阵结构的连杆为本申请所述的变径连杆结构，另一个点阵结构的连杆为现有技术中的等径连杆，对同一组的两个点阵结构进行实验并进行结果对比。其中，第一组中本申请的点阵结构的变径连杆112的最大直径(两端)为0.96mm最小直径(中点处)为0.62mm，与之相所对应的现有的点阵结构的等径连杆直径为0.8mm；第二组中本申请的点阵结构的变径连杆112的最大直径(两端)为1.22mm，最小直径(中点处)为0.76mm，与之相对应的现有的点阵结构的等径连杆的直径为1mm，对两组的四个点阵结构分别进行实验，经过实验后得到的名义应力-名义应变曲线如图8所示，图中：现有点阵结构一的名义应力-名义应变曲线对应的是上述第一组现有点阵结构的实验结果；本申请点阵结构一的名义应力-名义应变曲线对应的是上述第一组本申请点阵结构的实验结果；现有点阵结构二的名义应力-名义应变曲线对应的是上述第二组现有点阵结构的实验结果；本申请点阵结构二的名义应力-名义应变曲线对应的是上述第二组本申请点阵结构的实验结果。由此实验结果可以看出，在同等情况下，本实施例的点阵结构强度大幅提升，并且从零件的损坏程度来看本专利技术的点阵结构受力分布更均匀，基本克服了点阵胞元11的节点处因应力过于集中而先被破坏的问题，能够充分发挥点阵结构1的承载能力。如图6所示，在上述方案的基础上，在一些优选地实施方案中，变径连杆112的两端的直径最大，两端之间的中部的部位直径最小。优选地，变径连杆112的直径变化是基于样条曲线，即变径连杆112为基于样条曲线的变径连杆。更优选地，变径连杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种点阵结构，包括多个点阵胞元，多个所述点阵胞元之间阵列排布，其特征在于：每个所述点阵胞元包括多个变径连杆，所述变径连杆之间通过节点连接，所述变径连杆两端的直径大于两端之间部分的直径，且所述变径连杆的直径呈平滑过渡变化。

【技术特征摘要】
1.一种点阵结构，包括多个点阵胞元，多个所述点阵胞元之间阵列排布，其特征在于：每个所述点阵胞元包括多个变径连杆，所述变径连杆之间通过节点连接，所述变径连杆两端的直径大于两端之间部分的直径，且所述变径连杆的直径呈平滑过渡变化。2.根据权利要求1所述的点阵结构，其特征在于：所述变径连杆两端部的直径最大，中点处的直径最小。3.根据权利要求2所述的点阵结构，其特征在于：所述变径连杆的直径由端部至中点处方向逐渐缩小。4.根据权利要求1所述的点阵结构，其特征在于：所述变径连杆的直径的变化基于样条曲线。5.根据权利要求1所述的点阵结构，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：温伟斌，梁军，曹晓飞，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43