用于设计多级晶格结构的计算机辅助设计系统技术方案

本发明专利技术公开了用于设计多级晶格结构的计算机辅助设计系统的方法和系统。粗略晶格模块定义了由第一边界内的杆所连接的球的粗略晶格。精细晶格模块定义了由第二边界内的杆所连接的球的精细晶格。粗略晶格和精细晶格具有交叉区域。修整模块基于交叉区域根据修整操作来构造多级晶格结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于设计多级晶格结构的计算机辅助设计系统
本申请涉及计算机辅助设计(CAD)。更具体地，本申请涉及多级晶格结构的CAD建模。关于联邦政府赞助的研究或开发的声明本专利技术在政府的支持下完成并被美国国防部高级研究计划局(DARPA)授予政府优质奖序号：HR0011-17-2-0015。政府对于本专利技术拥有一定的权利。
技术介绍
增材制造能够制造出具有空前的物理属性的零件。这主要通过设计内部微结构来实现，该内部微结构通常被描述为由球和连接杆组成的桁架状晶格。设计这种微结构的方法之一是将其定义为多级晶格，其中每个元素(球或杆)在粗略级别下都是晶格(即晶格的晶格，例如埃菲尔铁塔)。在研究层次结构对材料属性的影响时，最大的问题之一是以紧凑和有效的方式表示和建模多级晶格结构。此类晶格的传统边界表示太大而难以管理。如今，具有晶格建模功能的大多数CAD系统都能够对单级晶格进行建模。此外，晶格的种类限于球和杆的模板的图案。使用标准的CAD功能对多级晶格进行建模将是非常繁琐且耗时的，并且所得到的模型将是巨大的，从而限制了在CAD系统上的图形处理和显示。
技术实现思路
本专利技术公开了用于多级晶格结构的CAD建模的方法和系统。公开了用于定义粗略晶格结构和精细晶格结构的各种组合，从中可以通过递归修整操作或通过漫水填充来构造新的下一级晶格结构。附图说明当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本专利技术的前述和其它方面。为了说明本专利技术，在附图中示出目前优选的实施例，然而应当理解，本专利技术不限于所公开的具体手段。附图中包括以下附图：图1示出根据本公开实施例的用于设计多级晶格的CAD系统的一组应用模块的示例；图2示出根据本公开实施例的用于构造多级晶格的递归修整操作的示例；图3示出根据本公开实施例的使用周期性模板来构造多级晶格的修整操作的示例；图4示出根据本公开实施例的通过粗略晶格修整精细晶格的修整操作的示例；图5示出根据本公开实施例的通过从粗略晶格的细分定义精细晶格而构造的多级晶格的示例；图6示出根据本公开实施例的通过在粗略晶格内部进行漫水填充来定义精细晶格而构造的多级晶格的示例；以及图7示出可以在其中实现本公开实施例的计算环境的示例。具体实施方式本专利技术公开了用于多级晶格结构的CAD建模的方法和系统，用于通过使精细晶格生成最小化来优化计算机处理。在此，“精细”晶格被定义为这样的晶格结构，其中杆可以由3D打印机所能产生的尽可能细(例如，1mil)，并且杆长度小至0.25-1.0cm。“粗略”晶格通常被定义为这样的晶格结构，其中结构元素在比例上明显大于精细晶格。例如，粗略晶格可以包括厚度为精细晶格杆或精细晶格核的几倍的杆。在一些实施例中，粗略晶格构造允许CAD设计者在引入精细晶格生成之前使晶格结构“粗略化”，以最小化可能使计算机系统负担过重的繁重的计算处理。例如，用主要精细的晶格结构渲染大规模的晶格(例如具有几米到一百米的实际比例)可能导致几分钟的时间延迟或者可能使CAD程序崩溃。下面描述的方法和系统提供一种技术方案，以通过在晶格结构的边界内的精细晶格和粗略晶格表示之间进行递归交替，并使用去除晶格结构图案的修整操作，对多级晶格进行建模。图1示出根据本公开实施例的用于设计多级晶格的CAD系统的一组应用模块的示例。CAD系统包括处理器120和存储器110，存储器存储了用于设计多级晶格的各种程序。粗略晶格模块111包括用于定义多级晶格的粗略晶格的算法。多级晶格的精细晶格由精细晶格模块112定义。修整模块113包括用于执行修整操作的算法，该修整操作在多级晶格的设计期间从多级晶格结构中去除精细晶格或粗略晶格的部分，这将在下面进一步详细的描述。图2示出根据本公开实施例的用于构造多级晶格的递归修整操作的示例。在实施例中，精细晶格模块111利用边界并通过特定几何形状的核的精细晶格定义精细晶格结构201，如细节211所示。使用粗略晶格模块112，根据模板202来定义具有拓扑的粗略晶格，以被容纳在精细晶格结构201的边界内。通过修整模块113执行修整操作210来构造两级的多级晶格结构203。在实施例中，布尔字段可以由粗略晶格模块112定义，该粗略晶格模块具有将粗略晶格从模板的横向元素向外扩展距离为r的拓扑。可以基于粗略晶格为布尔字段定义逻辑函数，该逻辑函数对不与粗略晶格交叉的精细晶格给出0值，并对与粗略晶格交叉的精细晶格给出1值。在该示例中，对于值0，精细晶格被修整掉，而针对值1，则保留该精细晶格。布尔函数可以被定义为参数函数或隐函数。以递归的方式，第二修整操作212可以由修整模块113执行，由此根据重新缩放的模板202a沿着精细晶格结构203来定义多个粗略晶格。再次使用修整模块113，针对在精细晶格与粗略晶格之间不具有交点的区域，将精细晶格修整掉，以产生三级晶格结构204。为了解决修整精细晶格的球，可以基于球的中心点来定义交点。修整精细晶格的杆可以由落入粗略晶格内的杆所连接的一个或两个球的交点来定义。可以重复进行精细晶格模块111、粗略晶格模块112和修整模块113的附加的递归操作，以进一步修改多级晶格204，从而构造四级和更高级别的多级晶格。在任一递归操作中，精细晶格模块111可以为剩余精细晶格的一些部分或全部重新定义核几何形状。与图2相关的实施例的技术优势包括提高了构造多级晶格的每个元素的效率，例如应用模板以对修整操作进行聚类。与一次一个元素地沿着复杂的多级拓扑结构构造精细晶格相比，这节省了计算资源。图3示出根据本公开实施例的使用周期性模板来构造多级晶格的修整操作的示例。精细晶格模块111可以定义具有如图3所示的边界的精细晶格301。可以选择周期性结构(例如五角三八面体)作为模板302。粗略晶格模块112可以以与上面参照图2描述的类似方式基于模板302定义布尔字段，修整模块113关于该布尔字段执行修整操作以去除不与粗略晶格交叉的精细晶格。所得到的两级晶格303具有基于模板结构302的拓扑。图4示出根据本公开实施例的通过粗略晶格修整精细晶格的修整操作的示例。在实施例中，精细晶格401和粗略晶格403可以由精细晶格模块111和粗略晶格模块112独立地定义。在该示例中，精细晶格可以具有基于核402a的几何形状402。为了简化说明，仅示出粗略晶格403的一部分。修整模块113通过识别非干扰节点411和干扰节点412、去除由非干扰节点411组成的精细晶格以及构造示出剩余的经修整的精细晶格的多级晶格405来执行修整操作404。图5示出根据本公开实施例的通过从粗略晶格的细分来定义精细晶格而建模的多级晶格的示例。在实施例中，粗略晶格501由粗略晶格模块112定义。精细晶格模块111执行细分操作502，该细分操作将精细晶格512定义为粗略晶格511的细分。例如，如图5所示，粗略晶格511的所有杆可以被细分成六分之一并以编织图案在粗略晶格上网格化。修整模块113执行修整操作，以通过去除没有与粗略晶格结构511交叉的精细晶格结构512来产生两级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成多级晶格模型的计算机辅助设计系统，包括：/n处理器；以及/n存储器，在所述存储器上存储有多个应用模块，包括：/n粗略晶格模块，被配置为：/n定义由第一边界内的杆所连接的球的粗略晶格；/n精细晶格模块，被配置为：/n定义由第二边界内的杆所连接的球的精细晶格；/n其中所述粗略晶格和所述精细晶格具有交叉区域；以及/n修整模块，被配置为：/n基于所述交叉区域根据修整操作来构造多级晶格结构。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180913 US 62/730,7231.一种用于生成多级晶格模型的计算机辅助设计系统，包括：
处理器；以及
存储器，在所述存储器上存储有多个应用模块，包括：
粗略晶格模块，被配置为：
定义由第一边界内的杆所连接的球的粗略晶格；
精细晶格模块，被配置为：
定义由第二边界内的杆所连接的球的精细晶格；
其中所述粗略晶格和所述精细晶格具有交叉区域；以及
修整模块，被配置为：
基于所述交叉区域根据修整操作来构造多级晶格结构。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述修整操作丢弃所述交叉区域之外的精细晶格结构。


3.根据权利要求1所述的系统，其中由所述粗略晶格模块、所述精细晶格模块和所述修整模块通过一系列递归操作来构造附加的多级晶格结构，所述递归操作包括：
所述粗略晶格模块在所述多级晶格结构的边界内定义重新缩放的粗略晶格；
其中所述重新缩放的粗略晶格和所述精细晶格具有交叉区域；
所述修整模块执行去除该交叉区域之外的精细晶格结构的精细的修整操作。


4.根据权利要求1所述的系统，其中所述精细晶格和所述粗略晶格是独立定义的。


5.根据权利要求1所述的系统，其中：由粗略...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿希什·古普塔，凯尔西·库尔策亚，雅罗斯劳·罗西格纳克，苏拉杰·拉维·穆苏瓦蒂，乔治·艾伦，马克·R·伯霍普，利维奥·达洛罗，
申请(专利权)人：佐治亚科技研究公司，西门子工业软件有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US