基于梯度曲面偏移的点阵夹层结构承载性能优化方法技术

本发明专利技术设计基于梯度曲面偏移的点阵夹层结构承载性能优化方法，旨在提供一种针对点阵夹层结构通用型的承载性能优化设计方法；首先通过创建骨骼状三周期极小曲面点阵单胞，并拟合其控制参数

【技术实现步骤摘要】
基于梯度曲面偏移的点阵夹层结构承载性能优化方法


[0001]本专利技术涉及结构优化设计领域，具体涉及基于梯度曲面偏移的点阵夹层结构承载性能优化方法
。

技术介绍

[0002]点阵结构具有较高的比强度
、
比刚度
、
轻量化
、
多功能可设计性特征，随着增材制造技术的发展，其逐渐被广泛应用航空
、
航天等领域
。
传统的支杆类点阵结构由于其受载时容易发生支杆失稳，且有着局部的应力集中现象，表现出较差的承载性能
。
在不增加整体重量且保证结构轻量化的前提下，对点阵结构的承载性能进行优化设计有着非常重要的意义
。
[0003]现有专利
(CN109766656B)
公开了一种基于拓扑优化的梯度点阵结构设计方法，通过拓扑优化结果驱动点阵晶胞的密度分布从而提高承载性能，但该方法胞元采用承载能力较差的支杆类点阵构型，且由于其设计域采用单元矩阵定义，导致其优化设计域不能过于复杂化，实用性不高；专利
>(CN112395本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于梯度曲面偏移的点阵夹层结构承载性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，创建三周期极小曲面骨骼状点阵结构模型，其中采用控制项参数
t
调节点阵结构的体积分数
ρ
，并将
t
与体积分数
ρ
拟合成函数曲线；步骤2，对步骤1所生成的点阵结构模型基于其单胞构型进行布尔操作，采用布尔减运算对点阵结构的单胞构型进行曲面偏移操作；步骤3，采用局部插值模型和一次分段函数对步骤1所生成的点阵结构模型进行变密度设计；步骤4，将步骤2的点阵结构曲面偏移设计方式和步骤3中的变密度点阵结构设计方式相结合，创建梯度曲面偏移的变密度点阵夹层结构模型；步骤5，基于不同的一次分段函数创建多个相同平均体积分数的梯度曲面偏移点阵夹层结构模型，加工其金属样件并进行压缩力学性能试验，生成各个模型的位移载荷曲线，通过对每个模型的最大承载力进行对比，得出承载力最大的为最优梯度曲面偏移方式的点阵夹层结构设计模型，即为优化设计的最终结果
。2.
根据权利要求1所述的基于梯度曲面偏移的点阵夹层结构承载性能优化方法，其特征在于，步骤1所述体积分数为点阵结构体积占其设计域总体体积的比例
。3.
根据权利要求1所述的基于梯度曲面偏移的点阵夹层结构承载性能优化方法，其特征在于，步骤1所述三周期极小曲面骨骼状点阵结构模型的建模方式采用等值面提取算法，基于不同的隐式函数表达式生成
Gyroid(G)、Schwarz
‑
D(D)、Primitive(P)、I
‑
WP(W)
四种三周期极小曲面骨骼状点阵结构，其隐式函数表达式为：
F(G)
＝
m(cosxsiny+cosysinz+coszsinx)
‑
k(cos2xcos2y+cos2ycos2z+cos2zcos2x)+tF(P)
＝
m(cosx+cosy+cosz)
‑
k(cosxcosy+cosycosz+coszcosx)+tF(W)
＝
m(cosxcosy+cosycosz+coszcosx)
‑
k(cos2x+cos2y+cos2z)+t
其中，系数
m、k
均为任意常数，系数
m
用于调节极小曲面的方向，系数
k
用于调节点阵结构节点的形状，
x
，
y
，
z
为三维空间坐标，
t
为隐式函数控制项参数；体积分数
ρ
与隐式函数控制项参数
t
存在函数关系，表示为
ρ
(x
，
t)
＝
x1t2+x2t+x3，其中
x
＝
(x1,x2,x3)
，
x1,x2,x3均为常数，通过最小二乘法表达式
min∑(
ρ
(x,t
i
)
‑
ρ
i
)2进行拟合，其中
ρ
i
为当
t
＝
t
i
时点阵结构的体积分数
。4.
根据权利要求1所述的基于梯度曲面偏移的点阵夹层结构承载性能优化方法，其特征在于，步骤2具体为：当想生成体积分数为
x
的曲面偏移...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝博，汪万炯，赵玉欣，张钰，杨斌，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：