【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造领域，具体涉及一种基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法及系统。
技术介绍
1、多孔材料是一类包含大量孔隙的材料，主要由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体相所组成，由于其具有质量轻、密度低、比表面积大等优点，已成为一种新颖的功能结构材料。然而，设计优化并构建多孔材料中的多孔结构是实现多孔材料优良性能的关键。
2、现有的建模方法大多通过构建简单规则的孔单元，如立方体、钻石晶格、体心立方和三周期极小曲面(tpms)等，然后采用周期性地合并累加形成。然而，非规则多孔结构广泛地存在于自然界中，如木材、骨骼、珊瑚等，其孔隙非规则且相互连通，在航空航天、汽车制造、强化传热和组织修复等领域具有更加广阔的应用前景，因此具有更加重要的研究价值。
3、目前，通过数学算法来构建非规则多孔结构的方法主要有voronoi法，其基于随机离散点合理地连接成一个网格结构，然后利用该结构生成随机的非规则多孔结构，然而该方法存在重复性差、能耗高和周期长等问题。
技术实现思路
1、针对现有技术不足，本专利技术提供一种基于相场理论的非规则多孔结构几何建模方法，以实现非规则均质多孔结构和非规则非均质(梯度)多孔结构的几何建模。
2、本专利技术提供了一种基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，具有这样的特征，包括如下步骤：
3、步骤1，构建需要建模对象的外轮廓几何模型；
4、步骤2，基于外轮廓几何模型，随机生成两相初始结构；
5、步骤3，基于两相初始结构，设置相场参数的迁移率和界面厚度；
6、步骤4，基于迁移率和界面厚度，通过调控相场参数的界面张力，得到界面张力与相尺寸之间的关系；
7、步骤5，基于设计目标和界面张力与相尺寸之间的关系，得到非规则相结构；
8、步骤6，基于非规则相结构，去除其中一相，得到非规则多孔结构；
9、步骤7，基于非规则多孔结构，导出与快速成型技术进行数据交换的stl文件，进行3d打印。
10、在本专利技术提供的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，采用comsol multiphysics多物理场仿真软件中内置的几何建模模块构建外轮廓几何模型。
11、在本专利技术提供的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，基于外轮廓几何模型，添加相场物理场，使用随机函数生成两相初始结构。
12、在本专利技术提供的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3的具体过程为：
13、基于两相初始结构，设置网格为四面体结构，确定网格的大小、同时设置界面厚度的数量级设置为网格的大小的10-3，设置迁移率为1m·s/kg，通过调整界面张力和时间步长获得收敛解后，在1m·s/kg附近不断调整迁移率，直至两相界面清晰，得到调整后的迁移率。
14、在本专利技术提供的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤4中，基于迁移率和界面厚度，调控界面张力在一定范围内变化，得到不同大小的均匀的相尺寸，进而得到界面张力与相尺寸之间的关系。
15、在本专利技术提供的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤5中，设计目标为非规则均质多孔结构或者具有一定孔径分布的非规则非均质多孔结构。
16、在本专利技术提供的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤5中，非规则相结构包括非规则均质相结构和非规则非均质相结构，
17、如果设计目标为非规则均质多孔结构，则基于界面张力与相尺寸之间的关系，设置界面张力值得到非规则均质相结构，进入步骤6；
18、如果设计目标为具有一定孔径分布的非规则非均质多孔结构，则基于界面张力与相尺寸之间的关系和孔径分布，设置界面张力场得到非规则非均质相结构，进入步骤6；
19、在本专利技术提供的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤6中，基于步骤5得到的非规则相结构，采用单元过滤去除其中一相，相体积分数逻辑表达式为pf.vf1<0.5，并且通过改变相体积分数的数值，得到不同的孔隙率的非规则多孔结构。
20、在本专利技术提供的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤7中，采用立体光固化成形进行3d打印。
21、在本专利技术还提供一种基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模系统中，使用上述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法中，具有这样的特征，包括:
22、外轮廓几何模型构建部，构建需要建模对象的外轮廓几何模型；
23、初始结构生成部，基于外轮廓几何模型，随机生成两相初始结构；
24、迁移率和界面厚度设置部，基于两相初始结构，设置相场参数的迁移率和界面厚度；
25、界面张力与相尺寸关系生成部，基于迁移率和界面厚度，通过调控相场参数的界面张力，得到界面张力与相尺寸之间的关系；
26、相结构生成部，基于设计目标和界面张力与相尺寸之间的关系，得到非规则相结构；
27、多孔结构生成部，基于非规则相结构，去除其中一相，得到非规则多孔结构；
28、文件生成部，基于非规则多孔结构，导出与快速成型技术进行数据交换的stl文件，进行3d打印。
29、专利技术的作用与效果
30、本专利技术是基于两相不混溶聚合物共混物的相分离物理过程，采用相场理论对非规则多孔结构进行几何建模，并可以转换成stl文件与增材制造实现数据交互。整体操作流程简便，对软硬件设备需求较低，普适性强，可明显降低建模所需的成本。
31、本专利技术可以根据增材制造过程中基材的不同得到不同的先进多孔材料。
32、本专利技术采用相场参数的界面张力控制非规则均质多孔结构的孔径大小，并通过施加界面张力场，实现非规则非均质(梯度)多孔结构的孔径分布的可控设计，整个控制策略的步骤清晰简便。
33、本专利技术通过在去除其中一相时，可以通过调控去除相的体积分数，得到不同的孔隙率。
34、本专利技术通过调控相场参数实现非规则多孔结构的可控几何建模。
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1.一种基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
10.一种基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模系统，使用权利要求1-9中任意一项所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的基于相场理论的非规则多孔结构的几何建模方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的基于相...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈航明，杨丽红，甘屹，汪园丽，赵星哲，宋超杰，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
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