[發明專利]用于飛行器結構設計和建模的點陣標準單元及點陣結構

有效

• 申請號: 202011556003.5
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112861252B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 吉芬;廖寶華;柏林;蔣睿哲;侯志輝;許少峰
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司成都飛機設計研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F30/17;G06F113/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明提出了用于飛行器結構設計和建模的點陣標準單元及點陣結構，首先自定義點陣標準單元，該標準單元幾何定義是以正方體的8個頂點、六個面的6個中心點，定義正方體8個特殊交點；通過特定的方式連接形成。并采用自定義點陣標準單元按間距為零周期陣列形成的夾芯結構。這種夾層結構具有各項同性、重量較輕，并具有優良的力學性能。同時，通過改變前述各參變量，可以實現結構多元化，得到重量、力學性能不同的結構，以滿足不同的結構設計需求。

技術領域

本發明屬于結構設計領域，具體涉及一種用于飛行器結構設計和建模的點陣標準單元及點陣結構。

背景技術

點陣結構，是一種類似于蜂窩夾層的內部鏤空的網格狀結構，以三維周期性有序多孔為特征，如圖1，具有優異的強度、剛度、較輕的質量特性，這是一種傳統工藝無法實現的新型結構形式，近年來隨著選區熔融增材制造技術的快速發展，點陣結構廣泛應用到了航空、航天領域的各個方面。

所有的點陣結構都是由點陣標準單元按照一定的排列規律形成的，如圖2，點陣標準單元是組成點陣結構的基本元素，要對點陣結構進行設計和制造必須先定義點陣單元的結構形式及排列的方式。

在點陣結構設計和制造過程中一般采用軟件單元庫中的標準單元，按一定方式堆疊形成點陣結構的模型，如圖3。但這些點陣單元一般形狀復雜、截面多變、數據量較大，如圖4，形成的點陣模型的數據量遠遠大于常規結構數模，構建點陣模型的時間比一般模型也多出數倍，并且不同的點陣單元帶來的結構受力特性也不同，點陣單元的選取受到了軟件單元庫的約束。偶有設計師采用自行設計的單元進行點陣結構設計，但也因點陣單元受力特性和模型數據量影響，不能達到滿意的效果。

雖然在國內、外點陣結構都已經開始廣泛應用，但國內目前尚沒有研發出供點陣結構設計用軟件，沒有自己的點陣單元庫，真實表達點陣結構需要借助于國外一些軟件的應用，主要有Materialise公司的3-matic軟件、GE的Addive workbench、Autodesk發布的Netfab、Ansys的3Dsimd等，CATIA在V6平臺推出的最新版本也具備點陣設計能力，這些國外軟件價格都較貴、對電腦配置要求較高、有些還不太成熟，大多設計單位還未引進。在國產化大趨勢的前提下，設計師系統迫切需要開發適于結構設計的自定義點陣標準單元，同時該單元數據量相對較小，能快速通過常規軟件形成設計模型，具有較好的受力特性，能夠滿足結構的強、剛度等要求，并適用于選區熔融工藝制造。

發明內容

(1)發明目的：自定義搭建一種新型點陣標準單元，以獲得具有優良的受力特性、較輕的單元體重量、相對較小的模型數據量，適用于飛行器等結構設計和建模。

(2)發明技術解決方案。

本發明一方面提出了一種用于飛行器結構設計和建模的點陣標準單元，所述標準單元幾何定義是以正方體的8個頂點、六個面的6個中心點以及正方體 8個特殊交點，通過以下方法連接形成；

a)構建一個正方體線架，找出8個頂點和六個面的6個中心點，共14個點；

b)將六個面的6個中心點分別與該面對立面(即平行面)的四個頂點連線，得到24條直線；

c)依次連接正方體中不共面的8個頂點，得到8條直線，與步驟b)中的 24條直線，共有8個特殊交點；

d)8個特殊交點分別向正方體中距離該點最近三個面的中心點連線，得到 24根線段，8個特殊交點再分別向距離該點最近的一個正方體頂點連線，得到8根線段，這個8根線可有效增加單元體邊界的面積，以使得選區熔融制造時相鄰單元體可以更好的相接在一起；共獲得的32根線段構成點陣標準單元的線架結構。

優選的，形成標準單元體線架結構中32根線段采用直徑相同的圓柱體，每根圓柱體又叫筋條小棒，構成自定義點陣標準微單元體。