本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于增材制造的金屬阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
隨著社會的進步，技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計也在不斷進步，但是目前的阻尼設(shè)計不夠高效合理，難以滿足用戶的需求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種基于增材制造的金屬阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括如下步驟：
（1）建立參數(shù)化阻尼多孔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，阻尼多孔結(jié)構(gòu)進行力學(xué)性能分析，建立參數(shù)化阻尼結(jié)構(gòu)單元體與力學(xué)性能的對應(yīng)關(guān)系；
（2）模擬產(chǎn)品的真實工作情況，對原始產(chǎn)品模型結(jié)構(gòu)進行有限元分析和振動分析，得到應(yīng)力分布圖與振動方程；
（3）根據(jù)振動分析結(jié)果，針對產(chǎn)品中不同區(qū)域?qū)αW(xué)性能的差異要求和振動規(guī)律，調(diào)整參數(shù)化阻尼結(jié)構(gòu)單元體的種類、大小、特征形貌、密度分布、組合方式，構(gòu)建性能與之相應(yīng)的梯度功能零部件；
（4）在參數(shù)化集成設(shè)計系統(tǒng)中，使用阻尼結(jié)構(gòu)單元對產(chǎn)品中振動集中區(qū)域與過渡區(qū)域進行替換，不同性能要求的區(qū)域采用不同的阻尼單元結(jié)構(gòu)，相鄰區(qū)域間使用漸變的單元體結(jié)構(gòu)進行過渡，避免在結(jié)構(gòu)突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響產(chǎn)品性能；
（5）對等效變換后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)使用有限元分析進行力學(xué)性能校核與振動分析，符合預(yù)期效果的即為優(yōu)化的阻尼化功能件，不符合預(yù)期效果的則重復(fù)步驟（3）、步驟（4）直至優(yōu)化設(shè)計的有限元分析何振動分析結(jié)果符合預(yù)期。
作為本發(fā)明的進一步改進，該金屬阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法還包括：（6）依據(jù)步驟（5）所述優(yōu)化設(shè)計的有限元分析和振動分析結(jié)果，轉(zhuǎn)換成可用于增材制造的數(shù)據(jù)格式，采用增材制造方法進行成型，即得輕量化功能零部件。
作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟（1）中，阻尼多孔結(jié)構(gòu)包括極小球單元、骨組織結(jié)構(gòu)單元體、桁架結(jié)構(gòu)單元體，并對不同種類、大小、特征形貌、密度分布、組合方式下的阻尼多孔結(jié)構(gòu)進行力學(xué)性能分析，建立參數(shù)化阻尼結(jié)構(gòu)單元體與力學(xué)性能的對應(yīng)關(guān)系。
作為本發(fā)明的進一步改進，步驟（1）中所述參數(shù)化阻尼結(jié)構(gòu)單元體包括通過三維建模軟件正向建模得到的結(jié)構(gòu)，也包括通過逆向工程得到的結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟（1）中，所述骨組織結(jié)構(gòu)單元體包括基于逆向工程得到的骨小梁結(jié)構(gòu)或者基于正向設(shè)計得到的仿生骨組織結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟（1）中，所述桁架結(jié)構(gòu)單元體包括正多面體桁架結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟（1）中，所述參數(shù)化阻尼結(jié)構(gòu)單元體是運用參數(shù)化建模軟件，將輕量化單元體的特征幾何形狀與尺寸大小用變量參數(shù)的方式來表示，實現(xiàn)輕量化結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計過程，通過改變建模過程中的特征參數(shù)，得到不同種類、大小、特征形貌、密度分布、組合方式下的單元體多孔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、重量、力學(xué)性能的精準(zhǔn)對應(yīng)關(guān)系。
作為本發(fā)明的進一步改進，步驟（6）中所述增材制造方法指依據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)，將材料逐層疊加得到實體的制造方法。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述增材制造方法包括激光選區(qū)熔化、激光選區(qū)燒結(jié)、激光近凈成形、電子束熔化、熔融沉積制造、立體噴印、 光固化成形、分層實體制造。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)合有限元分析，振動分析及參數(shù)化阻尼多孔結(jié)構(gòu)的梯度分布設(shè)計，在滿足力學(xué)性能的前提下，針對功能件不同部位的性能需求采用不同的阻尼結(jié)構(gòu)策略，實現(xiàn)合理高效的阻尼設(shè)計，并使用增材制造方法制備高阻尼部件。
具體實施方式
本發(fā)明公開了一種基于增材制造的金屬阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括如下步驟：
（1）建立參數(shù)化阻尼多孔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，阻尼多孔結(jié)構(gòu)進行力學(xué)性能分析，建立參數(shù)化阻尼結(jié)構(gòu)單元體與力學(xué)性能的對應(yīng)關(guān)系；
（2）模擬產(chǎn)品的真實工作情況，對原始產(chǎn)品模型結(jié)構(gòu)進行有限元分析和振動分析，得到應(yīng)力分布圖與振動方程；
（3）根據(jù)振動分析結(jié)果，針對產(chǎn)品中不同區(qū)域?qū)αW(xué)性能的差異要求和振動規(guī)律，調(diào)整參數(shù)化阻尼結(jié)構(gòu)單元體的種類、大小、特征形貌、密度分布、組合方式，構(gòu)建性能與之相應(yīng)的梯度功能零部件；
（4）在參數(shù)化集成設(shè)計系統(tǒng)中，使用阻尼結(jié)構(gòu)單元對產(chǎn)品中振動集中區(qū)域與過渡區(qū)域進行替換，不同性能要求的區(qū)域采用不同的阻尼單元結(jié)構(gòu)，相鄰區(qū)域間使用漸變的單元體結(jié)構(gòu)進行過渡，避免在結(jié)構(gòu)突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響產(chǎn)品性能；
（5）對等效變換后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)使用有限元分析進行力學(xué)性能校核與振動分析，符合預(yù)期效果的即為優(yōu)化的阻尼化功能件，不符合預(yù)期效果的則重復(fù)步驟（3）、步驟（4）直至優(yōu)化設(shè)計的有限元分析何振動分析結(jié)果符合預(yù)期。
該金屬阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法還包括：（6）依據(jù)步驟（5）所述優(yōu)化設(shè)計的有限元分析和振動分析結(jié)果，轉(zhuǎn)換成可用于增材制造的數(shù)據(jù)格式，采用增材制造方法進行成型，即得輕量化功能零部件。
在步驟（1）中，阻尼多孔結(jié)構(gòu)包括極小球單元、骨組織結(jié)構(gòu)單元體、桁架結(jié)構(gòu)單元體，并對不同種類、大小、特征形貌、密度分布、組合方式下的阻尼多孔結(jié)構(gòu)進行力學(xué)性能分析，建立參數(shù)化阻尼結(jié)構(gòu)單元體與力學(xué)性能的對應(yīng)關(guān)系。
步驟（1）中所述參數(shù)化阻尼結(jié)構(gòu)單元體包括通過三維建模軟件正向建模得到的結(jié)構(gòu)，也包括通過逆向工程得到的結(jié)構(gòu)。
在步驟（1）中，所述骨組織結(jié)構(gòu)單元體包括基于逆向工程得到的骨小梁結(jié)構(gòu)或者基于正向設(shè)計得到的仿生骨組織結(jié)構(gòu)。
在步驟（1）中，所述桁架結(jié)構(gòu)單元體包括正多面體桁架結(jié)構(gòu)。
在步驟（1）中，所述參數(shù)化阻尼結(jié)構(gòu)單元體是運用參數(shù)化建模軟件，將輕量化單元體的特征幾何形狀與尺寸大小用變量參數(shù)的方式來表示，實現(xiàn)輕量化結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計過程，通過改變建模過程中的特征參數(shù)，得到不同種類、大小、特征形貌、密度分布、組合方式下的單元體多孔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、重量、力學(xué)性能的精準(zhǔn)對應(yīng)關(guān)系。
步驟（6）中所述增材制造方法指依據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)，將材料逐層疊加得到實體的制造方法。
所述增材制造方法包括激光選區(qū)熔化、激光選區(qū)燒結(jié)、激光近凈成形、電子束熔化、熔融沉積制造、立體噴印、 光固化成形、分層實體制造。
本發(fā)明結(jié)合有限元分析，振動分析及參數(shù)化阻尼多孔結(jié)構(gòu)的梯度分布設(shè)計，在滿足力學(xué)性能的前提下，針對功能件不同部位的性能需求采用不同的阻尼結(jié)構(gòu)策略，實現(xiàn)合理高效的阻尼設(shè)計，并使用增材制造方法制備高阻尼部件。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。