[發明專利]給定條件下的閉孔泡沫細觀結構構建方法

有效

• 申請號: 202010716200.2
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111814353B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 李偉;李會敏;馮高鵬;余春祥;石嘯海;李俊承;張展驪;牛公杰
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 許馳

本發明公開了一種給定條件下的閉孔泡沫細觀結構構建方法，基于隨機Voronoi技術，設定一系列胞孔核點數并分別隨機分布于給定的宏觀正方體構型中，將生成的一系列Voronoi構型分別進行表面積統計，通過表面積、給定胞壁厚度與給定宏觀正方體構型體積得到單位胞壁厚度的相對密度；同時根據胞孔核點數、不規則度以及胞孔核點數可以確定成核點間最小距離；通過建立單位胞壁厚度的相對密度與成核點間最小距離的數學規律關系式，同時滿足給定相對密度梯度分布與胞壁厚度兩種條件，還可以使閉孔泡沫細觀結構的構建過程擺脫宏觀層面構型、胞孔核點數的約束，直接在相對密度分布的細觀層面上進行構建，從而實現任意連續或非連續密度梯度分布的閉孔泡沫細觀結構構建。

技術領域

本發明涉及防護技術領域，尤其涉及一種給定相對密度分布及胞壁厚度下的閉孔泡沫細觀結構構建方法。

背景技術

閉孔泡沫材料作為防護類緩沖、隔熱等材料，廣泛應用于航空航天、軍事防護、汽車制造、產品包裝等。閉孔泡沫細觀模型構建技術不僅對防護機制的細觀機理研究具有基礎科學研究意義，而且對于軍事和民用防護也有重要指導意義，由于相對密度梯度分布對防護性能提升的影響顯著，因此閉孔泡沫細觀結構梯度設計和構建方法是該領域研究的重要課題。

目前的閉孔泡沫細觀結構構建技術中，主要采用在指定體積中給定胞孔核點數，采用隨機Voronoi技術生成，生成細觀幾何模型，通過調節胞壁的厚度，使得整體泡沫結構達到給定的相對密度。

以上閉孔泡沫細觀結構構建技術，無法同時滿足給定相對密度梯度分布與胞壁厚度兩種條件，但現實中的閉孔泡沫試件是需要同時確定以上兩個條件，才能在統計意義上確定唯一的結構構型。除此之外，上述的閉孔泡沫細觀結構構建技術在相對密度梯度泡沫細觀結構構建上，無法通過相對密度梯度分布實現優化設計為3D打印實現提供支撐，且在數值分析方面也無法實現防護性能提升的量化分析。基于此，本發明提出一種給定相對密度分布及胞壁厚度下的閉孔泡沫細觀結構構建方法。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種給定條件下的閉孔泡沫細觀結構構建方法。

為了實現上述目的，本公開提供一種給定條件下的閉孔泡沫細觀結構構建方法，包括以下內容：

確定給定的宏觀正六面體的核點間最小距離δ_imin；

通過MATLAB軟件生成胞棱、胞面幾何信息，通過閉孔泡沫結構表面積、給定胞壁厚度、給定正六面體體積，確定單位胞壁厚度相對密度ρ_i/h；

對δ_imin和ρ_i/h進行多項式擬合，確定δ_imin和ρ_i/h的數學規律式。

可選地，按要求設計得到的相對密度空間分布函數ρ_i(x,y,z)，給定泡沫材料胞壁厚度h，代入δ_imin和ρ_i/h的數學規律式可得核點間最小距離的空間分布函數δ_imin(x,y,z)，再通過隨機Voronoi技術生成與ρ_i(x,y,z)對應的閉孔泡沫細觀結構。

可選地，對給定的宏觀正六面體，設定核點數，并根據均勻分布的核點數，結合給定正六面體體積和胞孔不規則度，確定核點間最小距離δ_imin。

可選地，通過Hypermesh獲取一系列核點數對應的閉孔泡沫結構表面積。

本發明的有益效果在于：