[发明专利]在计算机辅助设计应用中生成晶格建议的方法和系统

说明书

用于设计三维晶格结构的方法、系统和装置，包括中间编码的计算机程序产品，在一个方面，方法包括：获得包括对象的3D模型的机械问题定义；使用一个或多个加载情况和标识为设计空间的基线材料模型的一个或多个各向同性实体材料生成对于该对象的3D模型的数值模拟模型；在该数值模拟模型中使用晶格结构行为模型代替该基线材料模型，预测设计空间中不同方位的不同晶格设置的性能；以及基于预测的不同方位的不同晶格设置的性能，呈现对于设计空间的一组晶格提议；其中，已经对不同的晶格设置预先计算了该晶格结构行为模型，这些晶格设置可由3D建模程序生成。

技术领域

背景技术

本说明书涉及计算机辅助结构创建，比如利用三维(3D)建模程序生成晶格(lattice)结构，以与增材制造或其他制造系统和技术一起使用。

已经开发了计算机辅助设计(CAD)软件并用于生成对象的3D表示。这种软件也已经包括可以用于使用各种尺寸、厚度和密度的晶格和表皮(skin)来增强3D部件的软件工具，其中晶格由在结点(junction)处彼此连接的梁(beam)或支柱组成，并且表皮是覆盖或封装晶格的壳结构。这种工具允许将3D部件快速重新设计为重量更轻，同时仍保持期望的性能特征(例如，刚度和柔韧性)。这种软件工具使用了可以用于生成可以制造的内部晶格结构的各种类型的晶格拓扑。

发明内容

本说明书描述了涉及计算机辅助结构创建的技术，比如利用3D建模程序生成晶格结构，用于与增材制造或其他制造系统和技术一起使用。

通常，本说明书中描述的主题的一个或多个方面可以体现在由包括处理器和存储器的计算机上的三维(3D)建模程序执行的一个或多个方法中，其中方法包括：获得包括对象的3D模型的机械问题定义，其包括在3D模型中的将在其中生成晶格的设计空间，其中机械问题定义包括(i)被标识为对于设计空间的基线材料模型的一种或多种各向同性实体材料，和(ii)对于3D模型的一个或多个加载情况，该一个或多个加载情况指定一个或多个边界条件，所述边界条件定义对于一个或多个加载情况中的每一个如何将力和约束施加到3D模型；使用一个或多个加载情况以及被标识为对于设计空间的基线材料模型的一个或多个各向同性实体材料生成对于对象的3D模型的数值模拟模型；在数值模拟模型中使用晶格结构行为模型代替基线材料模型，预测设计空间中不同方位的不同晶格设置的性能；并基于预测的不同方位的不同晶格设置的性能，呈现对于设计空间的一组晶格提议；其中，对不同的晶格设置已经预先计算了晶格结构行为模型，其可由3D建模程序生成。

预测可以包括：加载对于晶格类型的晶格结构行为模型；使用加载的晶格结构行为模型计算跨对象的3D模型的对于该晶格类型的效率因子；以及旋转与数值模拟模型相关联的应力场以预测该晶格类型在不同方位的性能。不同的晶格设置可以包括晶格拓扑、体积分数(volume fraction)和各向同性实体材料参数。此外，可以使用机器学习技术或插值对不同的晶格设置预先计算晶格结构行为模型。

该方法可以包括：接收对该组晶格提议中的一个的选择；并将所选择的晶格并入到3D模型中。呈现该组晶格提议可以包括：在用户界面中显示不同晶格配置的列表；接收在用户界面中对不同晶格配置中的一个或多个的选择；以及启动所选择的不同晶格配置中的一个或多个的实际模拟，用于详细研究和优化。

不同的晶格设置可以包括不同的晶格拓扑，晶格结构行为模型可以包括对于各个不同晶格拓扑的不同晶格结构行为模型，并且预测可以包括在数值模拟模型中对于基线材料模型交换不同晶格结构行为模型中的各个晶格结构行为模型。不同晶格结构行为模型可以是代表性体积元素(Representative Volume Element，RVE)，其对不同晶格设置的结构行为进行近似，并且RVE的每一个可以将晶格行为表达为各向异性实体材料。此外，数值模拟可以是有限元分析(Finite Element Analysis，FEA)模型，并且预测可以包括通过在FEA模型中交换晶格的RVE与基线材料模型并在FEA模型中使用RVE而不创建晶格的FEA模型来近似晶格的结构性能，来预测不同晶格设置的性能。