【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及薄壁舱段增材制造，尤其涉及一种椭形薄壁舱段增材制造模型设计方法。
技术介绍
1、随着高端制造业的发展，在航空航天、交通运输等领域，舱段零件的结构形式不断突破传统制造工艺的极限，持续向异形、薄壁方向发展。通常的舱段结构截面为圆形，整体三维结构呈现圆筒形，具有对称、均匀的特点，从而保证了较好的结构稳定性和易于实现的变形控制。然而，随着零件结构形式的演变，传统的圆形截面逐渐演变为非规则的非圆椭圆截面，同时伴随着壁厚的减薄、特征的增多以及更高的形面精度要求。与标准圆筒形舱段相比，这类异形椭圆截面舱段在增材制造过程中面临内部应力分布不均、较大的变形趋势以及高度复杂的控形难题。
2、为了解决薄壁零件增材制造中的支撑和稳定性问题，通常在3d模型设计阶段引入支撑结构，构建零件和支撑结构的整体模型，再进行整体增材制造。这种增材制造模型的设计旨在通过有效的支撑，防止薄壁结构在增材制造过程中产生变形、翘曲等问题，从而确保最终产品的形状精度和强度。支撑结构的设计通常考虑零件的几何特征、材料属性以及增材制造工艺的要求。对于椭形薄壁舱段，其内部应力分布不均、变形程度较大、结构稳定性较低。传统方法，如设计为肋板及点阵维形，虽然在增材制造舱段产品的变形控制方面有所应用，但对于椭形薄壁舱段而言，简单的肋板及点阵维形方法难以取得良好效果。
3、因此，针对椭形薄壁舱段，需要研发一种能有效控制变形、结构简单成本低的增材制造模型设计方法及增材制造模型。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析
2、一方面，本专利技术提供了一种椭形薄壁舱段增材制造模型设计方法，包括：
3、基于仿真分析软件构建椭形薄壁舱段模型；
4、在椭形薄壁舱段内形面短轴中心线两侧设置两个圆筒内撑维形结构，在两个圆筒内撑维形结构之间沿短轴方向设置肋板；
5、基于仿真分析软件对所述椭形薄壁舱段仿真模拟，获得模型形变结果；
6、经过变形处变形曲率圆的圆心，在所述椭形薄壁舱段的直线段内壁与所述圆筒内撑维形结构或肋板之间连接设有薄板支撑件。
7、进一步地，所述模型设计方法包括：
8、步骤1.构建椭形薄壁舱段模型；
9、步骤2.根据椭形薄壁舱段的长轴尺寸和最小加工间距确定圆筒内撑维形结构的圆心和外半径，在椭形薄壁舱段内形面短轴中心线两侧对称设置两个圆筒内撑维形结构；
10、步骤3.根据椭形薄壁舱段的长轴尺寸和圆筒内撑维形结构的外径尺寸确定肋板的设置位置，在两个圆筒内撑维形结构之间沿短轴方向设置肋板；
11、步骤4.根据圆筒内撑维形结构的圆心位置确定第一薄板支撑件的设置方向，第一薄板支撑件为一端与圆筒内撑维形结构外形面连接，另一端与最接近的肋板连接；
12、步骤5.根据椭形薄壁舱段圆弧段的圆心位置确定第二薄板支撑件的设置方向，第二薄板支撑件为一端与椭形薄壁舱段圆弧段内壁连接，另一端与圆筒内撑维形结构外形面连接；
13、步骤6.对设置有肋板、圆筒内撑维形结构、第一薄板支撑件、第二薄板支撑件的椭形薄壁舱段模型进行增材制造仿真模拟，获得模型形变结果；
14、步骤7.根据形变结果判断是否需要增加薄板支撑件，若模型形变结果不符合设计文件中目标形变要求，则增加薄板支撑件；若模型形变结果符合设计文件中目标形变要求，则确定为椭形薄壁舱段增材制造模型；
15、步骤8.重复步骤6和7，直至仿真模拟的模型形变符合设计文件中目标形变要求。
16、进一步地，步骤2中，两个圆筒内撑维形结构的圆心分别设置在椭形薄壁舱段内形面长轴直径的两个偏四等分点上，圆筒内撑维形结构的外形面与椭形薄壁舱段内形面不直接接触。
17、进一步地，步骤2中，所述圆筒内撑维形结构的外半径设置为圆筒内撑维形结构的圆心与所述椭形薄壁舱段的内形面间的最短距离减去最小加工间距。
18、进一步地，步骤4中，所述第一薄板支撑件的设置方向指向圆筒内撑维形结构的圆心。
19、进一步地，步骤5中，所述第二薄板支撑件的设置方向指向椭形薄壁舱段圆弧段的圆心。
20、进一步地，步骤3中，所述肋板为一个或多个，所述肋板与所述圆筒内撑维形结构的最小距离设置为最小加工间距，和/或，多个所述肋板之间的间距为最小加工间距。
21、进一步地，步骤7中，根据所述椭形薄壁舱段的直线段无支撑时变形曲率，确定增加的薄板支撑件设置方向。
22、进一步地，所述增加的薄板支撑件为第三薄板支撑件，第三薄板支撑件的一端与所述椭形薄壁舱段直线段内壁连接，连接点为直线段无支撑时变形曲率最大处，所述第三薄板支撑件经过所述连接点处无支撑时变形曲率圆的圆心，另一端与所述圆筒内撑维形结构、肋板或第一薄板支撑件连接。
23、另一方面，本专利技术提供了一种椭形薄壁舱段增材制造模型，采用上述一种椭形薄壁舱段增材制造模型设计方法得到，所述椭形薄壁舱段增材制造模型包括椭形薄壁舱段本体、支撑体和支撑件；
24、所述支撑体为位于椭形薄壁舱段内形面短轴中心线两侧对称设置的两个圆筒内撑维形结构；
25、所述支撑件包括位于两个圆筒内撑维形结构之间沿短轴方向设置的肋板，肋板平行于短轴方向贯通椭形薄壁舱段内部，其两端分别与椭形薄壁舱段短轴方向两侧的直线段侧壁内侧连接；
26、所述支撑件还包括薄板支撑件，薄板支撑件包括第一薄板支撑件、第一薄板支撑件和第三薄板支撑件，薄板支撑件设置在椭形薄壁舱段内形面、支撑体及肋板之间的区域，支撑体和支撑件将椭形截面分割为圆形、三角形和/或菱形截面。
27、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
28、1、本专利技术方法通过内撑维形结构的模型设计，采用圆筒内撑维形结构、肋板及薄板支撑件，分层次对椭形薄壁舱段进行内撑维形，将不稳定的椭形截面结构转化为稳定的近似圆形、三角形或四边形的截面结构，实现对椭形薄壁舱体结构增材制造形面精度的有效控制。
29、2、本专利技术通过增材制造前的仿真模拟，对椭形薄壁舱段及其内撑维形结构进行形变分析，进一步优化内撑维形结构以满足目标形变要求，最大程度地减少不必要的结构变形，确保最终产品的形面精度。在前几步骤模型设计基础上，只需简单优化支撑结构，节约模型设计时间，提高增材制造整体效率。
30、3、本专利技术采用圆筒内撑维形结构、肋板、薄板支撑件的组合，其利用简单的结构，在保证支撑强度的同时，最大限度地扩展内撑维形结构的内部空间，提高了整体增材制造加工流程效率。
31、4、本专利技术通过对内撑维形结构与椭形薄壁舱段内形面连接的部分进行厚度减薄处理，实现内撑维形结构在增材制造后的轻松去除；通过对内撑维形结构模型设定较低的增材制造体能量密度，实现模型整体打印时间的节约。...
【技术保护点】
1.一种椭形薄壁舱段增材制造模型设计方法，所述模型设计方法包括：
2.根据权利要求1所述的模型设计方法，其特征在于，其特征在于，所述设计方法包括：
3.根据权利要求2所述的模型设计方法，其特征在于，步骤2中，两个所述圆筒内撑维形结构(2)的圆心分别设置在椭形薄壁舱段(1)内形面长轴直径的两个偏四等分点上，所述圆筒内撑维形结构(2)的外形面与椭形薄壁舱段(1)内形面不直接接触。
4.根据权利要求3所述的模型设计方法，其特征在于，步骤2中，所述圆筒内撑维形结构(2)的外半径设置为圆筒内撑维形结构(2)的圆心与所述椭形薄壁舱段(1)的内形面间的最短距离减去最小加工间距。
5.根据权利要求1所述的模型设计方法，其特征在于，步骤4中，所述第一薄板支撑件(4)的设置方向指向圆筒内撑维形结构(2)的圆心。
6.根据权利要求1所述的模型设计方法，其特征在于，步骤5中，所述第二薄板支撑件(5)的设置方向指向椭形薄壁舱段(1)圆弧段的圆心。
7.根据权利要求1所述的模型设计方法，其特征在于，步骤3中，所述肋板(3)为一个或多个，
8.根据权利要求1所述的模型设计方法，其特征在于，步骤7中，根据所述椭形薄壁舱段(1)的直线段无支撑时变形曲率，确定增加的薄板支撑件设置方向。
9.根据权利要求8所述的模型设计方法，其特征在于，所述增加的薄板支撑件为第三薄板支撑件(6)，第三薄板支撑件(6)的一端与所述椭形薄壁舱段(1)直线段内壁连接，连接点为直线段无支撑时变形曲率最大处，所述第三薄板支撑件(6)经过所述连接点处无支撑时变形曲率圆的圆心，另一端与所述圆筒内撑维形结构(2)、肋板(3)或第一薄板支撑件(4)连接。
10.一种椭形薄壁舱段增材制造模型，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一种椭形薄壁舱段增材制造模型设计方法得到，所述椭形薄壁舱段增材制造模型包括椭形薄壁舱段本体、支撑体和支撑件；
...【技术特征摘要】
1.一种椭形薄壁舱段增材制造模型设计方法，所述模型设计方法包括：
2.根据权利要求1所述的模型设计方法，其特征在于，其特征在于，所述设计方法包括：
3.根据权利要求2所述的模型设计方法，其特征在于，步骤2中，两个所述圆筒内撑维形结构(2)的圆心分别设置在椭形薄壁舱段(1)内形面长轴直径的两个偏四等分点上，所述圆筒内撑维形结构(2)的外形面与椭形薄壁舱段(1)内形面不直接接触。
4.根据权利要求3所述的模型设计方法，其特征在于，步骤2中，所述圆筒内撑维形结构(2)的外半径设置为圆筒内撑维形结构(2)的圆心与所述椭形薄壁舱段(1)的内形面间的最短距离减去最小加工间距。
5.根据权利要求1所述的模型设计方法，其特征在于，步骤4中，所述第一薄板支撑件(4)的设置方向指向圆筒内撑维形结构(2)的圆心。
6.根据权利要求1所述的模型设计方法，其特征在于，步骤5中，所述第二薄板支撑件(5)的设置方向指向椭形薄壁舱段(1)圆弧段的圆心。
7.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏江舟，车磊，王翼猛，王志敏，韩维群，张钰琪，何智，李鹏，齐海，张铁军，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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