[發明專利]包含晶格結構的3D部件的3D有限元網格的設計

在審

• 申請號: 201811569449.4
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN110008495A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: M-P·施密特;J-M·拉紹姆;D·L·邦納
• 申請（專利權）人: 達索系統公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 趙騰飛;王英

本發明尤其涉及一種用于設計包含晶格結構的三維(3D)部件的3D有限元網格的計算機實現的方法。該方法包括：提供3D部件的實體表示；提供單元的規則拼接，每個單元包括有限元網格；將單元的規則拼接與3D部件的實體表示相疊加；將單元劃分(S40)成兩組。第一組單元中的每一個單元與3D部件的實體表示相接觸，以及第二組單元中沒有一個單元與3D部件的實體表示相接觸。該方法還包括：對3D部件的實體表示的邊界進行有限元網格劃分；提取第一組單元的邊界有限元網格；計算3D部件的實體表示的邊界的有限元網格與所提取的第一組單元的邊界有限元網格的布爾并集；對所計算的布爾并集的體積進行有限元網格劃分；以及對所計算的布爾并集的經網格劃分的體積的有限元網格與第二組單元中的單元的有限元網格進行合并。

技術領域

本發明涉及計算機程序和系統領域，并更具體地，涉及用于設計包含晶格結構(lattice structure)的3D部件的3D有限元網格(mesh)的方法、系統和程序。

背景技術

市場上存在用于對象的設計、工程規劃和制造的多種系統和程序。CAD是“計算機輔助設計”的縮略詞，例如，其涉及用于設計對象的軟件解決方案。CAE是“計算機輔助工程”的縮略詞，例如，其涉及用于仿真未來產品的物理行為的軟件解決方案。CAM是“計算機輔助制造”的縮略詞，例如，其涉及用于規定制造過程和操作的軟件解決方案。在這些計算機輔助設計系統中，圖形用戶界面針對技術的高效性起到了重要作用。這些技術可以被嵌入到產品生命周期管理(PLM)系統中。PLM指的是在擴展型企業的概念上的一種商業策略，其用來幫助各個公司針對從產品概念提出到產品生命周期結束的產品研發，來共享產品數據、應用公共過程、并利用團體知識。由達索系統(Dassault Systèmes)(使用商標CATIA、ENOVIA和DELMIA)提供的PLM解決方案提供了工程中心(其對產品工程知識進行組織)、制造中心(其管理制造工程知識)以及企業中心(其使得企業集成和連接到工程中心和制造中心)。所有這些使得該系統產生了將產品、過程、資源鏈接在一起的開放式對象模型，實現了動態的基于知識的產品創建和決策支持，其推動了優化的產品定義、制造準備、生產以及服務。

CAD/CAE系統用于實現物理系統的仿真，該物理系統可以屬于但不限于航空、汽車、海事以及城市工程。尤其是，這些系統用于使用有限元方法(FEM)來執行對該物理系統上的物理現象的仿真。這種仿真允許預測使用中的物理系統的性能(熱學性能、機器性能或任何其他物理性能)并對設計進行優化以改善所述性能。其還允許預測部件的可制造性。在3D打印的情況下，可制造性可能是成敗的關鍵，例如，對具有諸如在直接金屬打印期間部件中的熱分布之類的現象的打印過程進行仿真。事實上，諸如殘余應力之類的現象在3D打印中可能存在嚴重問題，并且可能使得物理系統沒有資格被用于諸如航空等關鍵應用。因此，能夠仿真在打印過程中出現的現象是非常重要的。

晶格結構經常被用于設計所建模的物理系統的一個或多個部件。晶格結構表示在建模物理系統的部件中重復交替的實體和空心的圖案。這種晶格圖案的目的可以是調整部件的重量、機械阻力、傳熱或其他屬性。因此，晶格結構改善了部件的整體性能；尤其是，由于晶格結構，機械應力能夠在整個部件上更好地分布。由于對3D打印的興趣的提高，晶格實體(lattice solid)的設計和分析變得非常重要。3D打印機對形狀的復雜性幾乎沒有任何限制。因此，設計人員可以自由地創建以前無法制造的非常復雜的形狀。特別是，3D打印機可以容易地打印晶格實體。