[發明專利]基于增材制造的相變儲能裝置點陣夾層結構的設計方法

有效

• 申請號: 201710908775.2
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107742014B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 張嘯雨;郭霖;周浩;苗建印;向艷超;鄧宇華;成志忠;陳燕
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;仇蕾安

本發明涉及一種基于增材制造的相變儲能裝置點陣夾層結構的設計方法，屬于航天器輕量化多功能結構技術領域。本發明所述方法考慮了增材制造工藝約束，通過宏微觀結合的手段，可快速設計出滿足增材制造要求的一體化結構。所設計的相變儲能裝置結構內部為三維網絡結構，實現輕量化設計和內部連通，較傳統結構減重60％以上；采用特定結構的稀疏點陣胞元和致密點陣胞元配合填充，避免出現懸臂桿件以實現兩種胞元之間無縫拼接，而且避免頂部結構的坍塌；另外，所述設計的相變儲能裝置結構不存在焊接導致的強度問題，在航天器輕量化多功能結構設計領域具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種基于增材制造的相變儲能裝置點陣夾層結構的設計方法，屬于航天器輕量化多功能結構技術領域。

背景技術

航天器上相機、天線等精密設備種類多，正常工作的溫度環境要求較為苛刻，相變儲能裝置的主要作用是對有效載荷設備進行溫度控制，利用裝置結構內部填充的相變材料，通過相變吸收或釋放熱量來實現對設備的相對恒溫控制。

傳統的相變儲能裝置結構采用機械加工制造，存在重量重的缺點，嚴重制約著深空探測等領域航天器的有效載荷功能和性能提升，而且需要通過焊接的方式實現結構連接，在焊接部位往往存在強度或疲勞問題，以及熱控工質泄漏的隱患。

發明內容

為了彌補傳統相變儲能裝置結構的不足，本發明的目的在于提供一種基于增材制造的相變儲能裝置點陣夾層結構的設計方法，該方法考慮了增材制造工藝約束，通過宏微觀結合的手段，可快速設計出滿足增材制造要求的一體化結構，所設計的相變儲能裝置結構質量較傳統相變儲能裝置結構大幅減輕，而且不存在焊接導致的強度問題，在航天器輕量化多功能結構設計領域具有良好的應用前景。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種基于增材制造的相變儲能裝置點陣夾層結構的設計方法，所述點陣夾層結構是采用增材制造工藝制備得到的一體化結構，外部為殼體，內部為三維網絡結構；

所述殼體為一個長方體結構，實現所述點陣夾層結構外部密封；殼體上加工有工藝孔和充裝孔，并分別對殼體的內型面棱邊和外型面棱邊、工藝孔以及充裝孔進行倒角，來減小結構關鍵部位的應力集中，避免產生強度失效；

所述三維網絡結構是由稀疏點陣胞元和致密點陣胞元兩種重復單元在空間平移排列形成的；其中，稀疏點陣胞元和致密點陣胞元均是由圓柱形桿件構成的對四棱錐結構。

所述設計方法步驟如下：

(1)增材制造工藝約束分析

根據常規的航天器相變儲能裝置結構尺寸要求，采用的增材制造工藝具體為激光選區熔化成型技術；該技術相比其他增材制造技術，更加適合百毫米尺度的復雜結構成型，成型精度較高；

激光選區熔化成型技術的主要工藝約束包括兩個方面：一是穩定成型的圓柱形桿件的最小直徑Φ_Min或殼體的最小壁厚t_Min；二是所述相變儲能裝置點陣夾層結構成型過程頂部的致密點陣胞元最大尺寸Max，否則會發生成型過程中殼體頂部結構的變形或坍塌，導致結構成型失??；這三個參數的具體取值與激光選區熔化成型設備、金屬粉末材料、制造工藝參數以及產品性能要求有關。結合目前航天領域相變儲能裝置結構的設計與制造經驗，圓柱形桿件的直徑Φ和殼體的壁厚t一般取為0.3mm，致密點陣胞元的最大尺寸一般取為4mm，該組參數的取值可跟根據增材制造工藝技術發展以及應用需求進行分析修正。

(2)整體結構形式設計