[发明专利]一种点阵胞元结构零件的填充方法

说明书

本发明涉及本发明公开了一种点阵胞元结构零件的填充方法，所述填充方法包括：根据零件设计要求建立点阵胞元力学性能库；建立零件的几何有限元模型；在给定载荷条件下对零件结构进行拓扑分析，获得拓扑优化密度；根据所述拓扑优化密度分布划分功能区域，包括实体区域和不同的点阵区域；根据所述功能区域进行点阵胞元结构填充零件，获得均质实体结构。本发明采用均匀化方法得到点阵胞元结构力学性能，把填充的点阵胞元结构等效为实体结构，用于零件仿真，能够加快仿真分析流程，降低计算求解的难度和时间。

技术领域

本发明涉及结构轻量化技术领域，具体涉及一种点阵胞元结构零件的填充方法。

背景技术

点阵胞元结构是由单个胞元周期性阵列组成的多孔结构，具有许多优异的性能，例如超轻、高强、隔热、换热、抗冲击，能够替代传统固体结构，减轻重量，增强多功能性能，在航空航天与国防工业、医疗生物、工程机械的行业都有着广泛的应用前景。在零件优化设计过程当中，采用点阵胞元结构替代实体结构，在减轻零件重量的同时，改善零件的性能。

点阵胞元具有丰富的构型形式，展现出不同的力学性能。通过综合考虑点阵胞元的分布位置、形状结构、尺寸大小因素，实现点阵胞元结构的个性化设计与填充，能够满足零件多功能应用的需要。

但是，现有用于填充零件的点阵胞元结构大多为单一构型或者单一密度，面对复杂工况条件下零件时，内应力呈现非均匀分布特征。因此，在零件优化设计过程当中，如果全部采用较大直径或者构型强度较好的点阵胞元进行填充，在应力较小区域会造成材料浪费，如果全部采用较小直径或构型强度稍差的点阵胞元进行填充，在应力较大区域会出现应力不足，难以发挥点阵胞元结构填充的优势。

同时，点阵胞元结构支杆尺寸细小，单位众多，在有限元模拟时需要划分大量的网格来模拟几何形状，导致了巨大的计算量，也使得点阵胞元结构填充之后的零件仿真分析产生了困难，不利于产品的快速迭代。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够加快仿真分析流程，降低计算求解的难度和时间的点阵胞元结构零件的填充方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种点阵胞元结构零件的填充方法，所述填充方法包括：

根据零件设计要求建立点阵胞元力学性能库；

建立零件的几何有限元模型，并确定零件的设计空间和非设计空间；

在给定载荷条件下对零件结构进行拓扑分析，获得拓扑优化密度；

根据所述拓扑优化密度分布划分功能区域，包括实体区域和不同的点阵区域；

根据所述功能区域进行点阵胞元结构填充零件，获得均质实体结构。

可选的，在所述根据所述功能区域进行点阵胞元结构填充零件，获得均质实体结构之后还包括：

根据所述点阵胞元力学性能库中获得均质实体结构力学参数；

根据所述均质实体结构力学参数，获得均质实体结构代替点阵胞元结构，用于进行零件的仿真分析，获得仿真结果。

可选的，在所述获得仿真结果之后还包括：根据所述仿真结果判断填充结果是否符合要求，如果是，获得点阵胞元结构填充零件优化模型；否则，重新设计零件点阵胞元结构填充方案。

可选的，所述根据零件设计要求建立点阵胞元力学性能库具体包括：

根据零件设计要求及可制造性限制选择点阵胞元结构；

采用均匀化方法解析所述点阵胞元结构的力学性能；

根据所述力学性能建立点阵胞元力学性能库。

可选的，所述点阵胞元力学性能库包括：相对密度、杨氏模量、剪切模量和泊松比。