一种新型高刚度高强度高韧性点阵的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种新型高刚度高强度高韧性点阵的设计方法，建立初始点阵结构；推导初始点阵结构单向刚度与倾斜角度的计算公式；计算出初始点阵结构单向刚度最大时的最佳倾斜角度；对初始点阵结构基于最佳倾角进行倾斜变换，获得单向刚度最大化的倾斜优化点阵结构；对倾斜优化点阵结构取其1/4并进行镜像及组合设计，获得镜像组合改进结构；对镜像组合改进结构提取中心单元，得到新型点阵单胞；对新型点阵单胞进行阵列，得到新型点阵结构并输出。获得了一种对传统桁架点阵的通用优化方法，对传统桁架点阵均有效，可解决传统设计理论薄弱，经验及仿真依赖性强的缺点。经验及仿真依赖性强的缺点。经验及仿真依赖性强的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种新型高刚度高强度高韧性点阵的设计方法


[0001]本专利技术属于结构轻量化设计与优化
，具体涉及一种新型高刚度高强度高韧性点阵的设计方法。

技术介绍

[0002]桁架式点阵结构具有高比强度、高比刚度、高能量吸收和轻质等许多优异的力学性能，广泛应用于航空航天、武器弹药、生物医学、车辆工程、运动装备等诸多领域。增材制造技术的发展为桁架点阵提供了更大的设计空间。
[0003]然而，现阶段对桁架点阵的优化设计存在如下难点：一是大部分优化设计的依据源于仿生机理、设计经验或仿真结果，对点阵结构系统的理论性的优化机理推导较少，难以获得理论意义上的某性能最优的点阵结构；二是由于强度、刚度及韧性三者之间固有的制衡关系，导致在优化设计时，往往只能对其中一个或两个性能进行提升，其余性能下降，即难以实现刚度、强度及韧性的全面提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种新型高刚度高强度高韧性点阵的设计方法，基于所推导的桁架点阵单向压缩模量计算公式，获得模量最大时的倾角。对传统桁架点阵基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型高刚度高强度高韧性点阵的设计方法，其特征在于，包括：S1：建立需要优化的传统桁架点阵结构作为初始点阵结构；S2：推导初始点阵结构单向刚度与倾斜角度的计算公式；S3：利用所推导的公式计算出初始点阵结构单向刚度最大时的最佳倾斜角度；S4：对初始点阵结构基于最佳倾角进行倾斜变换，获得单向刚度最大化的倾斜优化点阵结构；S5：对倾斜优化点阵结构取其1/4并进行镜像及组合设计，获得镜像组合改进结构，以保证单向刚度最大的前提下，弥补其余方向刚度损失；S6：对镜像组合改进结构提取中心单元，得到新型点阵单胞；S7：对新型点阵单胞进行阵列，得到新型点阵结构；S8：输出S7得到的新型点阵结构。2.根据权利要求1所述的一种新型高刚度高强度高韧性点阵的设计方法，其特征在于，所述S1构建需要优化的传统桁架点阵结构，包括确定点阵类型，单胞尺寸，点阵规模，相对密度，杆径，结构所用材料的弹性模量E
c
，泊松比υ，密度ρ，结构底端完全固定，顶端受竖直向下的位移载荷P。3.根据权利要求1所述的一种新型高刚度高强度高韧性点阵的设计方法，其特征在于，所述S2中推导初始点阵结构单向刚度与倾斜角度的计算公式的过程如下：(1)对点阵结构进行受力分析，对受压后得到的倾斜点阵中的各杆，按受力不同进行分类，并求得各类杆的变形力；(2)根据受力求出应力，根据变形求出应变；(3)根据应力、应变求出单向压缩刚度，得到单向刚度与倾斜角度的计算公式。4.根据权利要求1所述的一种新型高刚度高强度高韧性点阵的设计方法，其特征在于，所述S2中，初始点阵结构为SC
‑
BCC点阵时，单向刚度E
SC
‑
BCC
与倾斜角度α的计算公式E
SC
‑
BCC
＝f(α)的推导过程如下：(a)对受压后的倾斜点阵中的各杆，按受力不同进行分类，并求得各类杆的变形力，假设为受压后的倾斜点阵中包括杆12、杆15、杆17、杆53，其受压缩后的变形力的变形力分别为：为：为：为：(b)根据受力求出应力，根据变形求出应变：
(c)根据应力、应变求出单向压缩刚度：代入得：其中，F
12
、F
15
、F
17
、F
53
分别为杆12、杆15、杆17、杆53受压缩后的变形力；I为圆杆转动惯量；δ为各杆受压缩后的应变；E
c
为基材弹性模量；r为杆半径；d为杆直径；α为倾斜角度；γ1、γ2、γ3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大伟，宋康辉，张长东，刘婷婷，廖文和，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：