[发明专利]构造轻量化晶格结构单元的方法

说明书

本发明公开了一种构造轻量化晶格结构单元的方法，包括步骤：S1.构建晶格结构单元的轻量化模型而生成轻量化的晶格结构单元；S2.确定所述晶格结构单元的密度特征参数；S3.判断所述密度特征参数的值是否小于设定的阈值，若是，则进入步骤S4，若否，则测算所述晶格结构单元的密度，得到已知密度的晶格结构单元；S4.在小于所述阈值的范围内，调整所述密度特征参数的值使得晶格结构单元的密度达到预设的目标密度，得到所述目标密度的晶格结构单元。本发明的一种构造轻量化晶格结构单元的方法，构造过程简单可靠，适应性强，能够灵活地制作出不同密度的晶格结构。

技术领域

本发明涉及晶格领域，具体涉及一种构造轻量化晶格结构单元的方法。

背景技术

传统制造工艺难以实现复杂构型的晶格结构的制造，使得相关研究一度进入瓶颈期，而增材制造技术的成熟推进了轻量化设计领域的研究和发展。增材制造方法不仅可以帮助设计人员快速生产出新的设计结构，且生产出的部件强度远超常规的铸造件，与锻造件强度相似或更优。此外增材制造工艺直接以CAD数据作为基础，不需要模具、降低了成本，让部件以更快的速度投入使用，最多可节省75％的时间，实现快速响应、快速制造。

但目前，面向增材制造的结合晶格结构的轻量化设计方法过程较为复杂，构造过程容易出错，也无法有效地制作出不同密度的晶格结构。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供构造轻量化晶格结构单元的方法，构造过程简单可靠，适应性强，能够灵活地制作出不同密度的晶格结构。

本发明的构造轻量化晶格结构单元的方法，包括如下步骤：

S1.构建晶格结构单元的轻量化模型而生成轻量化的晶格结构单元；

S2.确定所述晶格结构单元的密度特征参数；

S3.判断所述密度特征参数的值是否小于设定的阈值，若是，则进入步骤S4，若否，则测算所述晶格结构单元的密度，得到已知密度的晶格结构单元；

S4.在小于所述阈值的范围内，调整所述密度特征参数的值使得晶格结构单元的密度达到预设的目标密度，得到所述目标密度的晶格结构单元。

进一步，步骤S1中，若所述晶格结构单元为桁架点阵晶格单元，根据如下步骤构建桁架点阵晶格单元的轻量化模型：

a.以所述桁架点阵晶格单元的中心点为原点，构建三维空间直角坐标系；

b.确定桁架点阵晶格单元中各顶点在三维空间直角坐标系中的坐标信息；其中，顶点N_i的坐标信息为(id_i，x_i，y_i，z_i)，id_i为顶点i的序号，x_i为顶点i的x轴坐标，y_i为顶点i的y轴坐标，z_i为顶点i的z轴坐标；

c.确定桁架点阵晶格单元中各顶点之间的连接关系；其中，顶点N_i与顶点N_j之间的连接关系为(id_ij，id_i，id_j)，id_ij为连接序号，id_j为顶点j的序号，i以及j均为标记符号；

d.以各顶点的坐标信息以及各顶点之间的连接关系为建模参数进行建模处理，得到桁架点阵晶格单元的轻量化模型；

若所述晶格结构单元为隐式曲面晶格单元，根据如下步骤构建隐式曲面晶格单元的轻量化模型：

S11.以所述隐式曲面晶格单元的中心点为原点，构建三维空间直角坐标系,并确定所述隐式曲面晶格单元的曲面空间函数F；所述曲面空间函数F为：