[發明專利]一組具有各向同性屬性的三維空心多孔結構

有效

• 申請號: 202010713740.5
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111915731B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 付君健;孫鵬飛;羅明亮;張躍;杜義賢;田啟華
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G06T17/10
• 分類號: G06T17/10;G06T17/30
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

本發明公開了一組具有各向同性屬性的三維空心多孔結構，該組結構包含五種不同的三維空心多孔結構，分別為IWP型、Gyroid型、Primitive型、Dimond型和S型極小曲面生成的各向同性空心多孔結構。本發明采通過將特定參數的極小曲面結構進行布爾運算，獲得了不同體積分數下的三維空心多孔結構拓撲構型，且獲得的三維多孔結構具備各向同性屬性，為三維各項同性多孔結構設計提供了參考，在輕量化、承載、吸能和抗沖擊領域具備一定的應用前景。

技術領域

本發明屬于結構優化技術領域，具體涉及到了各向同性空心多孔結構。

背景技術

在吸能和抗沖擊等領域，由于結構受到的外沖擊載荷的不確定性，結構的各向異性不能滿足其應用需求。為了避免因外載荷的不確定性造成的結構破壞，研究者和設計者們開始聚焦在結構的各向同性優化。結構的各向同性保證了結構在各個方向上性能的統一，可以有效保證結構在受到外沖擊載荷時，不會因為結構的部分性能不足而導致結構出現局部破壞。

空心結構作為輕質高性能結構，在輕量化、承載和吸能等領域一直具有廣泛的應用，采用結構優化的方法，將空心結構和各向同性結合，進一步有效地開發了極小曲面的結構性能。

發明內容

針對現有技術的需求，本發明提供了一組各向同性空心多孔結構，該組結構包含五種不同的三維空心多孔結構，分別為IWP型、Gyroid型、Primitive型、Dimond型和S型極小曲面生成的各向同性空心多孔結構。本發明采通過將特定參數的極小曲面結構進行布爾運算，獲得了不同體積分數下的三維空心多孔結構拓撲構型，且獲得的三維多孔結構具備各向同性屬性。

為實現上述目的，本發明提供了一組各向同性空心多孔結構，其包括以下幾種：

一組具有各向同性屬性的三維空心多孔結構，它包括IWP型、Gyroid型、Primitive型、Dimond型和S型極小曲面生成的各向同性空心多孔結構，五種空心多孔結構由同一類型不同參數的兩個基礎結構生成，通過對兩個特定參數的結構進行布爾運算，實現三維多孔結構空心化，且獲得的空心多孔結構具有各向同性屬性；同時，所述五種空心多孔結構具有各自獨特的結構特征和性能，在不同的體積分數下具有不同的各向同性屬性。

兩個不同特定參數的基礎結構函數為一種水平集函數，生成空心多孔結構的布爾運算表達式為F＝min(F(x，y，z，t₁),-F(x，y，z，t₂))；

式中，F(x，y，z，t)表示極小曲面的函數表達式，t₁和t₂分別是水平參數t的不同取值，F為由布爾運算得到的空心多孔結構邏輯表達式。

IWP型空心多孔結構特征在于，屬于體心結構，結構中心收縮，分別向空間八個頂點伸出八個支撐，內部具有一個基礎結構形狀的孔洞，由兩組不同參數的IWP型極小曲面結構通過布爾運算生成；

體積分數為0.2時，水平參數t₁為3.3192±0.1，水平參數t₂為9.877±0.1，齊納比為1.0195±0.02；

體積分數為0.3時，水平參數t₁為1.9±0.1，水平參數t₂為11.435±0.1，齊納比為1.0099±0.02；

體積分數為0.4時，水平參數t₁為0.1433±0.1，水平參數t₂為12.7157±0.1，齊納比為0.9965±0.02；

體積分數為0.5時，水平參數t₁為-1.7±0.1，水平參數t₂為13.8±0.1，齊納比為1.0037±0.02；