[發明專利]非規則形狀自適應三周期極小曲面結構填充方法

在審

• 申請號: 202211332558.0
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN116415406A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 唐倩;史思邈;羅智超;聶云飛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 胡博文

本發明提供了一種非規則形狀自適應三周期極小曲面結構填充方法，根據非規則形狀實心模型建立偏移距離標量場，在建立的標量場區域內進行三周期極小曲面結構的建模，再將建立的三周期極小曲面結構模型與非規則形狀實心模型進行布爾求交運算，得到非規則形狀的實心模型填充后的三周期極小曲面結構；本發明提供的一種非規則形狀自適應三周期極小曲面結構填充方法，可以實現直接對非規則形狀的自適應建模，打破了三周期極小曲面結構的自適應建模方法只適用于規則正方體或長方體結構自適應建模的局限。

技術領域

本發明涉及計算機輔助設計領域，尤其涉及一種非規則形狀自適應三周期極小曲面結構填充方法。

背景技術

隨著3D打印技術的發展，輕量化多孔結構顯示出更高的應用價值，在航空航天、生物醫療等領域得到更加廣泛的應用。其中，三周期極小曲面(Triply?periodic?minimalsurface,TPMS)結構由于其優異的力學性能與良好的結構可控性而備受矚目。三周期極小曲面結構的自適應建模方法可以根據模型的應力分布自動調整不同部位的強度，從而提高結構的整體強度，該方法較傳統單一梯度結構力學性能更加優越。但目前該方法只適用于規則正方體或長方體結構的自適應建模，無法直接對非規則形狀進行自適應建模。

因此，為了解決上述問題，亟需一種新的技術手段。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種非規則形狀自適應三周期極小曲面結構填充方法，可以實現直接對非規則形狀的自適應建模，打破了三周期極小曲面結構的自適應建模方法只適用于規則正方體或長方體結構自適應建模的局限。

本發明提供了一種非規則形狀自適應三周期極小曲面結構填充方法，包括步驟：

S1.確定非規則形狀實心模型的空間范圍；

S2.根據非規則形狀實心模型空間范圍確定三周期極小曲面結構的單胞尺寸；

S3.根據單胞尺寸確定三周期極小曲面結構的建模區域；

S4.對非規則形狀的實心模型進行有限元分析，得到實心模型的等效屈服應力分布示意圖；

S5.確定三周期極小曲面偏移方程；

S6.確定多孔結構的等效屈服應力與曲面偏移距離的關系；

S7.通過S4得到的等效屈服應力分布圖提取曲面上各節點的坐標以及等效屈服應力值，再根據S6等效屈服應力與曲面偏移距離之間的關系，建立非規則形狀實心模型的模型內側偏移距離標量場；

S8.根據S3確定的建模區域，建立非規則形狀實心模型的外側偏移距離標量場；

S9.根據S5確定的偏移方程，在S7及S8建立的標量場區域中進行三周期極小曲面結構的建模，得到三周期極小曲面結構模型；

S10.將建立的三周期極小曲面結構和與非規則形狀的實心模型進行布爾求交運算，得到非規則形狀的實心模型填充后的三周期極小曲面結構。

進一步，所述步驟S1,具體為：

S11.給定一個非規則形狀的實心模型文件，若該文件格式為STL文件格式，則進行步驟S12；若否，則通過CAD軟件將文件導出為STL格式；

S12.將導出的STL模型文件導入Materialise?Magics中，對STL模型進行修復，之后重畫網格并細分網格，再將該STL模型導出；

S13.將S12中導出的STL模型導入至MATLAB中，得到STL模型的定點坐標矩陣集三角面片編號矩陣；