基于应力误差修正因子的轻量化多孔结构设计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于应力误差修正因子的轻量化多孔结构设计方法，通过实际样件的压缩实验与结构有限元仿真，计算出他们之间的应力误差修正因子，再重新设计需要的三周期极小曲面结构，此方法可以大大减小激光粉末床熔化制造的多孔部件的实际力学性能与该结构应力的有限元仿真值的误差，可以更好的使设计的多孔结构的实体性能与所需的理论多孔结构相匹配，对解决由实际工况与理论设计差异较大所带来的工程问题有很重要的意义。来的工程问题有很重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
基于应力误差修正因子的轻量化多孔结构设计方法


[0001]本专利技术涉及多孔材料设计及研发领域，尤其涉及一种基于应力误差修正因子的轻量化多孔结构设计方法。

技术介绍

[0002]近年来，通过激光粉末床熔化制造的变密度多孔结构，尤其是三周期极小曲面结构，凭借其孔隙率、力学性能可控等因素，已被广泛应用于航空航天和生物骨植入物的轻量化设计方面。因此，各研究机构展开了一系列针对变密度多孔结构设计及其优化的研究。
[0003]然而，在目前的研究和实际应用中，经激光粉末床熔化制造的多孔部件的实际力学性能与有限元仿真值存在极大的误差，这大大影响了多孔结构的稳定性，也制约了多孔结构轻量化在各领域的应用。
[0004]因此，为了解决上述问题，亟需一种新的技术手段。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于应力误差修正因子的轻量化多孔结构设计方法，可以大大减小激光粉末床熔化制造的多孔部件的实际力学性能与该结构应力的有限元仿真值的误差，可以更好的使设计的多孔结构的实体性能与所需的理论多孔结构相匹配，对解决由实际工况与理论设计差异较大所带来的工程问题有很重要的意义。
[0006]本专利技术提供了一种基于应力误差修正因子的轻量化多孔结构设计方法，包括步骤：
[0007]S1.根据三周期极小曲面结构函数表达式，以及设计及拟定的体积分数与体积分数控制参数的关系式设计出不同体积分数的三周期极小曲面结构；
[0008]S2.对不同体积分数的三周期极小曲面结构的实际制品进行压缩试验以及有限元仿真，通过数据拟合获得其实际制品实验值和有限元仿真值各自对应应力相关的Gibson
‑
Ashby关系式，如下：
[0009][0010][0011]其中，σ
FEA
、σ
Exp
分别为实验值和有限元仿真值的屈服强度，σ0为三周期极小曲面结构对应基材的屈服应力，为相对密度，ρ
s
为三周期极小曲面结构的密度，ρ0为三周期极小曲面结构对应基材的密度，C
σ1
、m
σ1
为实验值对应的方程系数，C
σ2
、m
σ2
为有限元仿真对应的方程系数；
[0012]S3.通过拟合实际制品实验值和有限元仿真值各自对应应力相关的Gibson
‑
Ashby
关系式，获得应力误差修正因子，如下：
[0013][0014]S4.对需要设计的三周期极小曲面结构对应的实体结构进行有限元分析，得到实体结构的应力分布示意图，再导出各个节点坐标(x,y,z)以及对应的应力通过代码插值拟合，获得坐标节点与应力的关系式，表示为
[0015]S5.令σ
FEA2
＝σ
Exp2
*W，σ
FEA2
为应力误差修正因子优化后的应力值，再根据三周期极小曲面结构的体积分数与体积分数控制参数之间的关系，得到三周期极小曲面结构的体积分数控制参数的表达式，再根据体积分数控制参数设计出基于应力误差修正因子的轻量化三周期极小曲面结构。
[0016]进一步，所述三周期极小曲面结构函数表达式为：
[0017][0018]其中，IWP表示三周期极小曲面结构中的IWP结构，t为体积分数控制参数；
[0019]所述体积分数与体积分数控制参数的关系式为：
[0020]V＝01467t+0.5
[0021]其中，V为体积分数，体积分数V还可表示为
[0022]进一步，所述步骤S5中，得到的三周期极小曲面结构的体积分数控制参数的表达式如下：
[0023][0024]其中，a为设置的最小体积分数。
[0025]本专利技术有以下有益效果：
[0026]本专利技术提供了一种基于应力误差修正因子的轻量化多孔结构设计方法，可以大大减小激光粉末床熔化制造的多孔部件的实际力学性能与该结构应力的有限元仿真值的误差，可以更好的使设计的多孔结构的实体性能与所需的理论多孔结构相匹配，对解决由实际工况与理论设计差异较大所带来的工程问题有很重要的意义。
附图说明
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：
[0028]图1为本专利技术的流程示意图。
[0029]图2为5种不同体积分数的IWP结构；
[0030]图3为IWP结构有限元仿真及实际样件的压缩实验示意图；
[0031]图4为拟合得到的Gibson
‑
Ashby关系式图；
[0032]图5为IWP结构在F＝2000N作用下的应力云图；
[0033]图6为有应力误差修正因子优化的IWP结构图；
[0034]图7为无应力误差修正因子优化的IWP结构图；
[0035]图8为无应力误差修正因子优化的IWP结构三点弯曲的有限元仿真图；
[0036]图9为有、无应力误差修正因子优化的IWP结构之间样品的三点弯曲试验图；
[0037]图10为应力误差修正因子优化的结构力学性能对比图。
[0038]图11为的插值示意图。
[0039]图12为体积分数控制参数t1的插值示意图。
[0040]图13为体积分数控制参数t2的插值示意图。
具体实施方式
[0041]下面结合实施例和附图对本专利技术作清楚、完整的描述。
[0042]本专利技术提供了一种基于应力误差修正因子的轻量化多孔结构设计方法，包括步骤：
[0043]S1.根据三周期极小曲面结构函数表达式，以及设计及拟定的体积分数与体积分数控制参数的关系式设计出不同体积分数的三周期极小曲面结构；
[0044]S2.对不同体积分数的三周期极小曲面结构的实际制品进行压缩试验以及有限元仿真，通过数据拟合获得其实际制品实验值和有限元仿真值各自对应应力相关的Gibson
‑
Ashby关系式，如下：
[0045][0046][0047]其中，σ
FEA
、σ
Exp
分别为实验值和有限元仿真值的屈服强度，σ0为三周期极小曲面结构对应基材的屈服应力，为相对密度，ρ
s
为三周期极小曲面结构的密度，ρ0为三周期极小曲面结构对应基材的密度，C
σ1
、m
σ1
为实验值对应的方程系数，C
σ2
、m
σ2
为有限元仿真对应的方程系数；
[0048]S3.通过拟合实际制品实验值和有限元仿真值各自对应应力相关的Gibson
‑
Ashby关系式，获得应力误差修正因子，如下：
[0049][0050]S4.对需要设计的三周期极小曲面结构对应的实体结构进行有限元分析，得到实体结构的应力分布示意图，再导出各个节点坐标(x,y,z)以及对应的应力通过代码插
值拟合，获得坐标节点与应力的关系式，表示为所述有限元仿真方法及代码插值拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于应力误差修正因子的轻量化多孔结构设计方法，其特征在于：包括步骤：S1.根据三周期极小曲面结构函数表达式，以及设计及拟定的体积分数与体积分数控制参数的关系式设计出不同体积分数的三周期极小曲面结构；S2.对不同体积分数的三周期极小曲面结构的实际制品进行压缩试验以及有限元仿真，通过数据拟合获得其实际制品实验值和有限元仿真值各自对应应力相关的Gibson
‑
Ashby关系式，如下：Ashby关系式，如下：其中，σ
FEA
、σ
Exp
分别为实验值和有限元仿真值的屈服强度，σ0为三周期极小曲面结构对应基材的屈服应力，为相对密度，ρ
s
为三周期极小曲面结构的密度，ρ0为三周期极小曲面结构对应基材的密度，C
σ1
、m
σ1
为实验值对应的方程系数，C
σ2
、m
σ2
为有限元仿真对应的方程系数；S3.通过拟合实际制品实验值和有限元仿真值各自对应应力相关的Gibson
‑
Ashby关系式，获得应力误差修正因子，如下：S4....

【专利技术属性】
技术研发人员：唐倩，罗智超，冯琪翔，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：