[發(fā)明專利]基于球單元的亞表面多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610966732.5
• 申請(qǐng)日: 2016-11-04
• 公開（公告）號(hào): CN106649977A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓品連;何武慶;朱光智;許得豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南方科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;B33Y50/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)44248
• 代理人: 于標(biāo)

1.一種基于球單元的亞表面多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求建立部件的三維實(shí)體模型，對(duì)其在設(shè)計(jì)要求的工況下進(jìn)行有限元分析，得出部件的應(yīng)力分布等與力學(xué)性能相關(guān)的參數(shù)；

(2)對(duì)步驟(1)獲得的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、歸納整理，得到系統(tǒng)性、綜合性的力學(xué)問題和優(yōu)化導(dǎo)向，形成設(shè)計(jì)目標(biāo)；

(3)根據(jù)步驟(2)中形成的設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行基于球單元的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇合適的球單元設(shè)計(jì)自由度，設(shè)計(jì)出亞表面多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；

(4)對(duì)步驟(3)中設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析和相關(guān)測(cè)試驗(yàn)證部件是否滿足設(shè)計(jì)需求。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述球單元包括球、由球衍生出的球殼、表面含孔洞的球殼以及球的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，球單元設(shè)計(jì)自由度包括單元種類和分布特征，單元種類包括實(shí)體球、表面打孔的球殼，分布特征包括球單元三維坐標(biāo)數(shù)學(xué)參數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在所述步驟(1)中，根據(jù)部件的應(yīng)力強(qiáng)度要求填充球單元或球單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過在合理的位置填充合理半徑大小的實(shí)心球體、空心球殼、帶孔洞的球殼、半球或球體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立球心的三維位置、球心半徑的結(jié)構(gòu)矩陣，設(shè)計(jì)相應(yīng)的增材制造技術(shù)的結(jié)構(gòu)算法，利用有限元分析，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，然后采用合適的材料，基于3D打印技術(shù)加工制造出符合應(yīng)力強(qiáng)度的要求的部件。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在所述步驟(4)中，包括如下步驟：

(41)通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試3D打印出的產(chǎn)品的基本物理機(jī)械性能；

(42)按照部件在實(shí)際工作中的工況搭建微縮的試驗(yàn)平臺(tái)，從零逐漸增加載荷，在試驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加載試驗(yàn)，采用電阻應(yīng)變片法測(cè)試不同載荷條件下部件的變形分布以及變形量變化情況；

(43)將步驟(41)中測(cè)量的部件的基本物理機(jī)械性能以及基本物理機(jī)械性能種類與步驟(42)中的不同載荷條件作為基本輸入值，采用有限元分析軟件進(jìn)行產(chǎn)品的受力模擬分析；將模擬的變量分析結(jié)果與步驟(42)中實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，符合度大于90％則進(jìn)行下一步，否則返回到(43)調(diào)整基本物理機(jī)械性能種類及載荷條件，再次進(jìn)行模擬分析，直到理論和試驗(yàn)符合度達(dá)到要求；

(44)將步驟(43)中調(diào)整好的載荷條件、基本物理機(jī)械性能種類和(41)中的材料基本物理機(jī)械性能作為輸入?yún)?shù)，采用有限元分析軟件進(jìn)行產(chǎn)品受力模擬分析，從零開始增加載荷力的大小，模擬分析出產(chǎn)品的強(qiáng)度，即可推演出相應(yīng)產(chǎn)品在實(shí)際工況下不會(huì)變形過大而失效，能夠承受得住相應(yīng)的載荷。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隔熱散熱設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在所述步驟(41)中，基本物理機(jī)械性能包括：抗拉強(qiáng)度、彈性模量、布氏硬度、泊松比、屈服強(qiáng)度、切線模量和密度。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隔熱散熱設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟(42)、(43)、(44)中所述的載荷條件指的是施加載荷力的大小、力的方向、力的作用點(diǎn)和力的分布情況。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隔熱散熱設(shè)計(jì)方法，其特征在于，將改進(jìn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立相應(yīng)的球心的三維位置、球心半徑的結(jié)構(gòu)矩陣，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)算法，利用3D打印技術(shù)進(jìn)行量化生產(chǎn)。