一种可调控动态力学响应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构智能设计方法技术

本发明专利技术提供了一种可调控动态力学响应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构智能设计方法，其通过改变壁面凹凸状极小曲面单胞结构的拓扑几何参数和凹凸特征参数，组合单胞结构形成多胞结构，结合机器学习模型，实现多胞结构的智能化设计

【技术实现步骤摘要】
一种可调控动态力学响应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构智能设计方法


[0001]本专利技术涉及一种材料结构
，尤其涉及一种可调控动态力学响应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构智能设计方法
。

技术介绍

[0002]近年来，多胞结构和其材料力学性能的研究一直是力学领域的研究热点之一，由于其具有的轻质量高强度
、
抗冲击吸能的能力强
、
减震降噪等性能优势，使得其在航空航天
、
交通运输
、
国防科技
、
生物医疗
、
能源
、
机械装备等领域均具有巨大的应用潜力
。
[0003]三周期极小曲面
(TPMS)
多胞结构作为其中的典型代表，更是因为其高轻度低重量等优越性能而备受关注，并具有很强的成果转化前景和应用广度，为此各个科研机构针对这些基础拓扑构型的
TPMS
多胞结构已经开展了大量的研究工作，涉及了加工制备
、
准静态力学性能
、
动态力学性能等多个方面，并从中探究相对密度
、
孔径尺寸等结构特征参数与力学性能之间的关系
。
[0004]为满足复杂的实际需求，研究人员还尝试将上述
TPMS
基本拓扑构型拓展至
TPMS
多胞结构
、TPMS
混合多胞结构
、TPMS
分形嵌套多胞结构，设计制备并分析了这些结构的动态力学性能
。
[0005]但实际上，多胞材料的力学性能与其微观结构密切相关，因此可以通过调整其微观构型来调控多胞材料的力学性能，另外，多胞结构还会因为不同的条件参数而具有显著的差异，而为了探究这些微观构型和条件参数对多胞机构力学性质的影响，需要将各种在不同微观结构下和不同条件参数的多胞机构制备成样品，并通过实验仿真分析的方法来研究多胞结构，而这种实验方式明显是繁琐的
、
重复且高成本的
。
[0006]为了解决上述问题，本方案提供了一种可调控动态力学响应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构智能设计方法
。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种可调控动态力学响应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构智能设计方法，包括以下步骤：
[0008]步骤
S1
：基于三周期极小曲面单胞结构设计壁面凹凸参数化极小曲面单胞结构；
[0009]步骤
S2
：通过改变壁面凹凸状极小曲面单胞结构的拓扑几何参数和凹凸特征参数，组合形成具有不同拓扑几何参数和凹凸特征的单胞结构，并构建单胞矩阵；
[0010]步骤
S3
：采用增材制造方法制备壁面凹凸状极小曲面单胞结构的试验件，并在不同加载速率的实验条件下进行实验测试；
[0011]步骤
S4
：对步骤
S2
中得到的具有拓扑几何参数和凹凸特征的壁面凹凸状极小面单胞结构进行加载数值模拟；
[0012]步骤
S5
：基于步骤
S3、S4
得到单胞结构的动态响应结果，构建拓扑几何参数和单胞
凹凸的参数矩阵和单胞力学响应矩阵，形成训练数据集并构建机器学习模型进行训练，使得该机械训练模型能够根据力学响应形式预测壁面凹凸状极小曲面单胞结构拓扑几何参数和单胞凹凸的参数；
[0013]步骤
S6
：组合单胞结构形成
N
＊
N
＊
N
的多胞结构，对组合单胞结构的多胞结构进行实验和仿真获得多胞结构响应数据，以单胞结构组合形式作为输入参数集并以多胞结构响应数据作为目标集进行机器学习分类和训练，获得可调控动态力学响应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构机器学习模型；
[0014]步骤
S7
：通过步骤
S5
和
S6
中所述机器学习预测结果，得到满足实际工程力学响应目标的壁面凹凸状极小曲面单胞结构和多胞结构参数，并完成制备
。
其中，所述步骤
S2
中的壁面凹凸状极小曲面结构的拓扑几何参数由三周期极小曲面广义控制方程：
Cos(x)+Cos(y)+Cos(z)
＝
C
中的
C
值确定，且所述
C
值的取值范围是－
1≤C≤1。
[0015]其中，所述步骤
S2
中壁面凹凸状极小曲面单胞结构的凹凸特征参数包括：凹凸大小
、
凹凸深浅和凹凸分布
。
[0016]其中，步骤
S3
中的所述增材制备方法包括但不局限于光固化
、
熔融挤出
、
选择性激光熔化中的任一种方式
。
[0017]其中，步骤
S3
中所述动态力学加载实验的加载速率可以是
0.01m
每分钟～
5m
每分钟
。
[0018]其中，步骤
S5
中所述动态响应结果应至少包括总吸收能量
、
初始峰值力
、
平均压溃力
、
应力应变曲线
。
[0019]其中，步骤
S6
中所述组合单胞结构形成
N
＊
N
＊
N
的多胞结构的组合形式不限于是均匀的
、
层间梯度的
、
正交各向异性的
。、
[0020]其中，步骤
S7
中所述实际工程所需要的力学响应目标可以是能量吸收大小
、
峰值力
、
平均压溃力等目标中的一种或几种
。
[0021]实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：
①
本专利技术提供的具有可调控动态力学响应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构智能设计方法，可以通过改变拓扑几何参数和凹凸的参数，根据实际工程需求预测并制备满足要求的壁面凹凸状极小曲面单胞和多胞结构
。
该方法实现了结构承载能力的调控，满足不同应用需求
。
[0022]②
本专利技术提供了一种多胞结构的设计方法，其通过对单胞结构的微观结构进行改变，并配合仿真和实验，组合单胞结构形成多胞结构，结合机器学习模型，使得机器学习模型能通过训练达到预测多胞结构各种力学参数的效果，并通过预测数据指导多胞结构的设计，采用本方法能大大减少实验室对多胞结构研究过程中的重复制备实验的过程，降低实验成本，提高实验效率
。
附图说明
[0023]图1是本专利技术具体流程示意图；
[0024]图2是三周期极小曲面
Schwarz P
曲面和壁面凹凸状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可调控动态力学响应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构智能设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
：基于三周期极小曲面单胞结构设计壁面凹凸参数化极小曲面单胞结构；步骤
S2
：通过改变壁面凹凸状极小曲面单胞结构的拓扑几何参数和凹凸特征参数，组合形成具有不同拓扑几何参数和凹凸特征的单胞结构，并构建单胞矩阵；步骤
S3
：采用增材制造方法制备壁面凹凸状极小曲面单胞结构的试验件，并在不同加载速率的实验条件下进行实验测试；步骤
S4
：对步骤
S2
中得到的具有拓扑几何参数和凹凸特征的壁面凹凸状极小面单胞结构进行加载数值模拟，并得到单胞结构的动态响应结果；步骤
S5
：基于步骤
S3、S4
得到单胞结构的动态响应结果，构建拓扑几何参数和单胞凹凸的参数矩阵和单胞力学响应矩阵，形成训练数据集并构建机器学习模型进行训练，使得该机械训练模型能够根据力学响应形式预测壁面凹凸状极小曲面单胞结构拓扑几何参数和单胞凹凸的参数；步骤
S6
：组合单胞结构形成
N
＊
N
＊
N
的多胞结构，对组合的多胞结构进行实验和仿真获得多胞结构响应数据，以单胞结构组合形式作为输入参数集并以多胞结构响应数据作为目标集进行机器学习分类和训练，获得可调控动态力学响应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构机器学习模型；步骤
S7
：通过步骤
S5
和
S6
中所述机器学习模型的预测结果，得到满足实际工程力学响应目标的壁面凹凸状极小曲面单胞结构和多胞结构参数，并完成制备
。2.
根据权利要求1所述的一种可调控动态力学相应曲线的壁面凹凸状极小曲面多胞结构智能设计方法，其特征在于，所述步骤
S2
中的壁面凹凸状极小曲面结构的拓扑几何参数由三周期极小曲面广义控制方程：
Cos(x)+Cos(y)+Cos(z)
＝
C
中的
C
值确定，且所述

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，汪龙，郭重飞，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：