本發(fā)明涉及點陣結(jié)構(gòu)設計領域，具體為一種增材制造點陣結(jié)構(gòu)的設計方法。

背景技術(shù)：

1、點陣結(jié)構(gòu)由于具有輕量化、承載復雜載荷和吸能特性，被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ亩嗫捉Y(jié)構(gòu)，許多研究表明，通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)可以使點陣結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異吸能性能，因此，提出一種關(guān)于點陣結(jié)構(gòu)設計的系統(tǒng)方法是極具價值的?，F(xiàn)有點陣結(jié)構(gòu)設計技術(shù)主要是正向設計，通過預先分析結(jié)構(gòu)的應用受力情況，在采用有限元分析軟件(abaqus軟件)對初始結(jié)構(gòu)進行增減材，并進行多次迭代才能得到最終滿足應用要求的點陣結(jié)構(gòu)。此設計過程耗時費力，并且由于結(jié)構(gòu)實際受力條件復雜，前期受力情況分析不完善，極有可能導致迭代得到的點陣結(jié)構(gòu)并不能滿足實際應用需求。現(xiàn)有技術(shù)提出一種基于能量吸收圖的點陣結(jié)構(gòu)設計方法。具體設計步驟如圖3所示，其通過預先給定結(jié)構(gòu)能量吸收量u、峰值應力σp、點陣結(jié)構(gòu)受力的接觸面積ac和結(jié)構(gòu)層數(shù)nl。通過計算得到峰值應力與楊氏模量的比值，選定兩個h值并根據(jù)如圖3中的公式在wv/es-σ/es圖繪制出包絡線，得到兩個交點值，計算出wv，進而得到兩個新的h值；將其代入式如圖4中的公式中，得到新的包絡線及交點，重復上述過程，制造兩個h值收斂；最后根據(jù)圖5與圖6中的公式計算得到桿徑d和單元點陣密度，完成點陣結(jié)構(gòu)設計?，F(xiàn)有技術(shù)方法在點陣設計過程中存在包絡線的繪制，其方程復雜，計算難度大，且對不同結(jié)構(gòu)的適用性不同，在如圖3中的第(6)步中，由于前面選取的h值是沒有依據(jù)的，因此需要進行多次計算迭代才能得到唯一的h值，每次迭代都需要重新繪制包絡線，過程比較繁瑣。最后，為了得到桿徑d和單元結(jié)構(gòu)密度需要用到十分復雜的方程(圖6中的公式)，進一步增大了計算難度，使這一結(jié)構(gòu)設計方法幾乎沒有實際應用前景。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種增材制造點陣結(jié)構(gòu)的設計方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種增材制造點陣結(jié)構(gòu)的設計方法，包括以下設計步驟：

3、s1、輸入?yún)?shù)為結(jié)構(gòu)底長l、應用要求能量吸收wvmax和規(guī)定峰值應力σp；

4、s2、將輸入?yún)?shù)帶入前期實驗已經(jīng)建立的各結(jié)構(gòu)經(jīng)驗肩線方程所組成的關(guān)系圖中，假定參數(shù)wv/es為0.00007，σ/es為0.0002，此時，結(jié)構(gòu)參數(shù)在圖中表現(xiàn)為1個點，利用點與直線距離公式計算點與直線的距離，根據(jù)距離判定應選擇何種結(jié)構(gòu)，至此，所需結(jié)構(gòu)類型和支柱傾斜角度已確定；

5、在步驟s2中結(jié)構(gòu)類型和傾角已知，即結(jié)構(gòu)變形機制為拉伸導或彎曲主導已知，傾角大于45度為拉伸主導，傾角等于或小于45度為彎曲主導；

6、當結(jié)構(gòu)為拉伸主導時，采用公式計算得到單元結(jié)構(gòu)的相對密度，而結(jié)構(gòu)相對密度為支桿體積與支桿所圍長方體體積的比值，由此便能得到支桿總體積，且結(jié)構(gòu)類型已知，即支桿數(shù)量和長度已知，根據(jù)圓柱體積計算公式便可得到最終所需的支柱桿徑d，結(jié)構(gòu)設計完成；

7、當結(jié)構(gòu)為彎曲主導時，采用公式進行計算，由于結(jié)構(gòu)類型已知，即結(jié)構(gòu)的高度h一定，平臺應力σm(為σp)已知，b為與結(jié)構(gòu)相關(guān)的幾何常數(shù)，通過前期實驗，每種結(jié)構(gòu)的b值都已知，由此，可直接得到所需的支柱桿徑，點陣設計所需的結(jié)構(gòu)類型、支柱桿徑和整體尺寸已全得到；

8、其中，σpe為結(jié)構(gòu)應力應變曲線彈性段的峰值應力，σs為母材的屈服應力，c為與結(jié)構(gòu)相關(guān)的幾何常數(shù)，根據(jù)前期實驗，各結(jié)構(gòu)所對應的c值已被計算得出，σm為平臺應力，b為與結(jié)構(gòu)相關(guān)的幾何常數(shù)，h為單元結(jié)構(gòu)高度。

9、一種增材制造點陣結(jié)構(gòu)的設計方法，包括以下設計步驟：

10、s1、輸入?yún)?shù)為結(jié)構(gòu)底長l、規(guī)定峰值應力σp和結(jié)構(gòu)能量總吸收量u；

11、s2、將輸入?yún)?shù)峰值應力σp帶入前期實驗建立的每種結(jié)構(gòu)的肩線方程中，得到與每種結(jié)構(gòu)對應的能量吸收量wvmax，在帶入公式u＝wvmax*h*ac*n中，h為結(jié)構(gòu)高度已知，因此，可得到與結(jié)構(gòu)對應的總能量吸收值u1，將u1與輸入?yún)?shù)u進行比較，選取∣u1-u∣最小的結(jié)構(gòu)為適配結(jié)構(gòu)類型；

12、在步驟s2中結(jié)構(gòu)類型和傾角已知，即結(jié)構(gòu)變形機制為拉伸導或彎曲主導已知，傾角大于45度為拉伸主導，傾角等于或小于45度為彎曲主導；

13、當結(jié)構(gòu)為拉伸主導時，采用公式計算得到單元結(jié)構(gòu)的相對密度，而結(jié)構(gòu)相對密度為支桿體積與支桿所圍長方體體積的比值，由此便能得到支桿總體積，且結(jié)構(gòu)類型已知，即支桿數(shù)量和長度已知，根據(jù)圓柱體積計算公式便可得到最終所需的支柱桿徑d，結(jié)構(gòu)設計完成；

14、當結(jié)構(gòu)為彎曲主導時，采用公式進行計算，由于結(jié)構(gòu)類型已知，即結(jié)構(gòu)的高度h一定，平臺應力σm(為σp)已知，b為與結(jié)構(gòu)相關(guān)的幾何常數(shù)，通過前期實驗，每種結(jié)構(gòu)的b值都已知，由此，可直接得到所需的支柱桿徑，點陣設計所需的結(jié)構(gòu)類型、支柱桿徑和整體尺寸已全得到；

15、其中，u為結(jié)構(gòu)總能量吸收量，wvmax為結(jié)構(gòu)最大能量吸收，h為單元結(jié)構(gòu)高度，ac為結(jié)構(gòu)受力面積，n為結(jié)構(gòu)層數(shù)。

16、本發(fā)明的有益效果是：

17、針對現(xiàn)有設計方法的復雜方程及繁瑣流程進行了改進，將前期實驗數(shù)據(jù)整合處理，作為數(shù)據(jù)庫。在后續(xù)的點陣結(jié)構(gòu)設計中，輸入相關(guān)的限制參數(shù)后，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的結(jié)構(gòu)肩線方程，并進行適配度判定，選取適配度最高的結(jié)構(gòu)作為預定結(jié)構(gòu)。后續(xù)根據(jù)預定結(jié)構(gòu)的變形機制(拉伸主導或彎曲主導)，選取不同的公式進行支柱桿徑d的計算。由此，整個點陣設計流程去除了復雜公式和繁瑣迭代過程，得到了相當程度的簡化，使其一定程度上具備了工程應用價值，為工程設計中結(jié)構(gòu)輕量化與結(jié)構(gòu)強度的匹配提供了設計依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種增材制造點陣結(jié)構(gòu)的設計方法，其特征在于，包括以下設計步驟：

2.一種增材制造點陣結(jié)構(gòu)的設計方法，其特征在于，包括以下設計步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及點陣結(jié)構(gòu)設計領域，并公開了一種增材制造點陣結(jié)構(gòu)的設計方法，將現(xiàn)有設計中繪制包絡線及以下步驟改為繪制各結(jié)構(gòu)的Wv/Es?σ/Es圖，并將實際應用參數(shù)(能量吸收U和峰值應力σ<subgt;p</subgt;)帶入圖中，直接得到結(jié)構(gòu)類型和支柱傾斜角度，在通過兩個簡單方程就可得到桿徑d，完成結(jié)構(gòu)的設計，這根本上避免了復雜包絡圖的重復繪制及后續(xù)計算桿徑d時，復雜方程的使用，使整個點陣結(jié)構(gòu)設計過程更加簡便，具備實際應用的潛力。

技術(shù)研發(fā)人員：黃科,彭孝強,周浩田,吳維科
受保護的技術(shù)使用者：四川寧怡科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17