[發明專利]一種基于漸變胞元尺寸的異型三維點陣結構隔熱性能優化設計方法

有效

• 申請號: 202010769834.4
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111967089B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 廖文和;吳加鏡;劉婷婷;張長東;江為民;任方喜;施昕
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

1.一種基于漸變胞元尺寸的異型三維點陣結構隔熱性能優化設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1，根據異型三維點陣結構的形貌變化特性，設計不同胞元尺寸下的異型三維點陣結構單胞，再將其分別按周期性排列在同等大小的包圍空間內，得到不同胞元尺寸下的異型三維點陣結構；

步驟2，對設計好的異型三維點陣結構模型進行預處理后，導入有限元分析軟件，進行網格剖分、邊界條件設置及有限元仿真求解分析，得到不同胞元尺寸下的異型三維點陣結構穩態溫度云圖；由于比表面積越大會促進異型三維點陣結構的散熱作用，通過對比溫度云圖可知，胞元尺寸越小則異型三維點陣結構隔熱效率越高；

步驟3，分析要優化設計的某尺寸下異型三維點陣結構的穩態溫度云圖，根據步驟2中的結論，在溫度高的區域擬使用較小尺寸的異型三維點陣結構胞元，在溫度低的區域擬使用較大尺寸的異型三維點陣結構胞元；

步驟4，因為溫度呈連續變化，所以將溫度遞減方向作為胞元尺寸遞增方向；胞元尺寸逐漸變化則垂直于變密度方向每層的胞元數量不同，通過將異型三維點陣結構胞元骨架往整體結構某固定軸位置扭轉一定角度，使得不同層間數量不同的胞元順利連接，在胞元尺寸漸進變化同時保證結構的連續性。

2.根據權利要求1所述的基于漸變胞元尺寸的異型三維點陣結構隔熱性能優化設計方法，其特征在于：步驟1中，設計以晶胞為基本微觀單元的曲面點陣，采用Diamond結構、Gyroid結構、IW結構或Tub-Primitive結構，使用幾何建模算法直接生成三維曲面點陣，通過調整參數生成不同尺寸或相對密度的胞元。

3.根據權利要求1所述的基于漸變胞元尺寸的異型三維點陣結構隔熱性能優化設計方法，其特征在于：步驟1中，調整參數生成不同尺寸的單胞，將其分別按周期性排列組合在同等大小的包圍空間內，得到幾個不同胞元尺寸下的異型三維點陣結構；當胞元尺寸越小時，異型三維點陣結構在包圍空間中的材料分布就會更均勻，因而比表面積越大。

4.根據權利要求1所述的基于漸變胞元尺寸的異型三維點陣結構隔熱性能優化設計方法，其特征在于：步驟2中，通過幾何建模算法生成的異型三維點陣結構單胞由三角面片拼接而成，包含表面形狀信息，使用網格劃分軟件將其內部進行四面體網格劃分以轉換成實體結構。

5.根據權利要求1所述的基于漸變胞元尺寸的異型三維點陣結構隔熱性能優化設計方法，其特征在于：步驟3中，胞元尺寸越小越有利于提升異型三維點陣結構的隔熱性能，故漸變胞元尺寸最大值不宜超過原胞元尺寸，溫度越高處使用小尺寸胞元，但胞元最小尺度需滿足金屬增材制造工藝約束要求。

6.根據權利要求1所述的基于漸變胞元尺寸的異型三維點陣結構隔熱性能優化設計方法，其特征在于：步驟4，在漸變尺寸的異型點陣結構隔熱優化設計中，以胞元為單位的相對密度始終保持不變，且優化前后的結構截面積變化規律基本相同。

7.根據權利要求1所述的基于漸變胞元尺寸的異型三維點陣結構隔熱性能優化設計方法，其特征在于：步驟4中，通過控制扭轉角度的大小調整胞元尺寸的漸變程度，以此控制不同區域比表面積大小，促進結構散熱，提升異型三維點陣結構的隔熱性能。