一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法及其应用，属于卫生陶瓷用石膏模型仿真设计领域，建立石膏材料三维模型并对其进行网络化处理；设定边界条件参数，分析获取其应力分布，根据有限元分析应力分布对石膏模型进行分区；利用每个子区域的体积比及应力分布情况计算得到石膏模型的材料利用率。本发明专利技术采用有限元分析应力分布并对石膏模型进行分区，根据应力大小将石膏材料的三维模型分成若干子区间，计算得到每个区间的材料利用率并汇总，得到整个三维模型的材料利用率，用于评价三维模型结构，实现了对石膏材料三维模型结构的量化评价，对于有方向性地对石膏材料三维模型结构进行优化提供了明确而可行的思路。路。路。

【技术实现步骤摘要】
一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法及其应用


[0001]本专利技术涉及卫生陶瓷用石膏模型仿真设计领域，具体而言，涉及一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法及其在石膏模型结构优化中的应用。

技术介绍

[0002]陶瓷品类生产主要依托石膏模型进行生产制作，石膏成本较大，目前石膏模型的厚度一般在60
‑
80mm左右，究其原因，主要是因为石膏模型薄了，强度太差，易破损。而过厚的石膏模型既浪费石膏，又增加了搬运强度，并且过厚的石膏模型在制作和使用期间需要更多的热能进行烘干，同时还要控制模型的含水率以保证其的正常使用，为此又消耗大量的电力，燃气资源。过厚的石膏模型报废后会产生更多的固废，并且过厚的石膏固废存放及处理更容易产生粉尘，对环境造成影响，极大的增加环保成本。
[0003]因此科学系统的研究在满足生产需求的基础上石膏模型不同部位的厚度及结构受力，并通过局部调整，优化石膏模型结构，降低石膏使用量成为了亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术中陶瓷品类依托石膏模型进行生产时，在兼顾石膏模型不同部位厚度及结构受力的情况下，如何优化石膏模型的结构、降低石膏使用量存在较为盲目的问题，本专利技术提供了一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法及其应用，采用材料利用率对卫生陶瓷用石膏模型结构进行评价，快速的了解石膏模型不同部位的受力情况，并有针对的对其结构进行优化，从而去掉多余的结构，降低石膏材料用量，达到优化石膏模型结构的目的。具体技术方案如下：
[0005]一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一，建立石膏材料的三维模型，并对石膏材料的三维模型进行网络化处理；
[0007]步骤二，设定石膏材料三维模型的边界条件参数，分析获取石膏材料三维模型的应力分布，根据有限元分析应力分布并对石膏模型进行分区，把应力范围[0,[σ]]分为m个子区间：子区间：然后根据区间的应力范围把石膏材料的三维模型分为m个子区域，其中[σ]为许用应力；
[0008]步骤三，m个子区域的体积与总体积的比值分别为V1、V2、V3……
V
m
，则第k个子区域占总体积的百分比为V
k
，第k个子区域应力上限为[σ
k
],第k个子区域的材料利用率为：
[0009][0010]步骤四，整个石膏材料三维模型的材料利用率为：
[0011][0012]这里可以看出，材料利用率与每个子区域体积与总体积的比值有关，同时还与分区数量及该子区域应力上限值有关，即上限值越低，排序越靠前，表明其材料利用率越小，
每个子区域体积与总体积的比值越小，则材料利用率越小；由于所有子区域体积与总体积的比值之和为1，所以为了使整个石膏材料三维模型的材料利用率提高，则需要使得排序靠前的子区域，其体积与总体积的比值不要太大，这也是石膏材料三维模型的优化方向。
[0013]采用有限元分析应力分布并对石膏模型进行分区，根据应力大小将石膏材料的三维模型分成若干子区间，计算得到每个区间的材料利用率并汇总，得到整个石膏材料三维模型的材料利用率，用于评价石膏材料三维模型的结构，实现了对石膏材料三维模型结构的量化评价，对于有方向性地对石膏材料三维模型结构进行优化提供了明确而可行的思路。
[0014]优选地，所述边界条件参数包括对石膏材料三维模型一侧施加夹紧力、另一侧约束水平方向自由度、约束Z轴位移、约束X轴和Y轴位移、施加重力、内部施加泥浆压力。
[0015]设定石膏材料三维模型的边界条件参数，模拟石膏材料三维模型的理想状态下的实际受力情况，以便于分析并获取石膏材料三维模型的应力分布，为根据石膏材料三维模型的应力分布来对其进行评价和优化提供了条件。
[0016]这里，还设定石膏材料三维模型的约束条件，即假设石膏模型之间紧密贴合不存在间隙；且模型分块之间接触条件采用摩擦接触。
[0017]优选地，对石膏材料三维模型一侧施加夹紧力大小为其中F为人施加的力，L为力臂，k为扭矩系数，d为螺纹杆外径。
[0018]优选地，按照生产倾斜角度(9
°
～17
°
)施加重力，且所述生产倾斜角度优选为13
°
。
[0019]优选地，内部施加泥浆压力时，根据高位槽中泥浆液位高度与内腔定点之间的高度差，以控制泥浆施加的压力。
[0020]优选地，步骤一中网络化处理时，网格尺寸为10mm，单个单元沿曲率跨过角度值为36
°
。
[0021]优选地，步骤二中根据三点弯实验确定极限拉应力：
[0022][0023]其中Fmax为破坏载荷，L为跨距，b为宽度，h为厚度；
[0024]石膏模型承受拉应力区域，其取许用应力为[σ]＝σ
lim
/n；
[0025]其中n为安全系数，且1<n<2，且n优选为1.5。
[0026]优选地，步骤一中在建立石膏材料的三维模型前，先收集石膏材料的密度、弹性模量和石膏材料间的摩擦系数，并设定卫生陶瓷用石膏材料泊松比。
[0027]本专利技术还提供了一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法在石膏模型结构优化中的应用。
[0028]通过对所占体积多而利用率低的区域进行结构优化，尽量避免占体积多但利用率低的区域出现，从而有效提高石膏材料三维模型的材料利用率。
[0029]优选地，根据石膏材料三维模型每个区域应力分布所占体积与每个区域材料利用率，对所占体积多而利用率低的区域进行结构优化，得到优化后的石膏材料三维模型；
[0030]计算优化后石膏材料三维模型的材料利用率，与优化前石膏材料三维模型的材料利用率进行对比，当优化后材料利用率大于优化前材料利用率时，则表明结构优化合理，否
则结构优化不合理。
[0031]采用本专利技术技术方案产生的有益效果如下：
[0032](1)采用有限元分析应力分布并对石膏模型进行分区，根据应力大小将石膏材料的三维模型分成若干子区间，计算得到每个区间的材料利用率并汇总，得到整个石膏材料三维模型的材料利用率，用于评价石膏材料三维模型的结构，实现了对石膏材料三维模型结构的量化评价，对于有方向性地对石膏材料三维模型结构进行优化提供了明确而可行的思路。
[0033](2)设定石膏材料三维模型的边界条件参数，模拟石膏材料三维模型的理想状态下的实际受力情况，以便于分析并获取石膏材料三维模型的应力分布，为根据石膏材料三维模型的应力分布来对其进行评价和优化提供了条件。
[0034](3)通过对所占体积多而利用率低的区域进行结构优化，尽量避免占体积多但利用率低的区域出现，从而有效提高石膏材料三维模型的材料利用率。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，建立石膏材料的三维模型，并对石膏材料的三维模型进行网络化处理；步骤二，设定石膏材料三维模型的边界条件参数，分析获取石膏材料三维模型的应力分布，根据有限元分析应力分布对石膏模型进行分区，把应力范围[0,[σ]]分为m个子区间：分布，根据有限元分析应力分布对石膏模型进行分区，把应力范围[0,[σ]]分为m个子区间：然后根据区间的应力范围把石膏材料的三维模型分为m个子区域，其中[σ]为许用应力；步骤三，m个子区域的体积与总体积的比值分别为V1、V2、V3……
V
m
，则第k个子区域占总体积的百分比为V
k
，第k个子区域应力上限为[σ
k
],第k个子区域的材料利用率为：步骤四，整个石膏材料三维模型的材料利用率为：2.根据权利要求1所述的一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法，其特征在于，所述边界条件参数包括对石膏材料三维模型一侧施加夹紧力、另一侧约束水平方向自由度、约束Z轴位移、约束X轴和Y轴位移、施加重力、内部施加泥浆压力。3.根据权利要求2所述的一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法，其特征在于，对石膏材料三维模型一侧施加夹紧力大小为其中F为人施加的力，L为力臂，k为扭矩系数，d为螺纹杆外径。4.根据权利要求2所述的一种卫生陶瓷用石膏模型材料利用率的评价方法，其特征在于，按照生产倾斜角度施加重力，且所述生产倾斜角度为9
°
～17
°
，所述生产倾斜角度优选为13
°
。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋正伟，马业明，张永明，王彦庆，王涛，宋子春，夏玉顺，毕立生，王金龙，翟羽重，章雪松，
申请(专利权)人：惠达卫浴股份有限公司，
类型：发明
国别省市：