[发明专利]一种镂空结构产品模型的复杂网络建模方法

说明书

本发明提出了一种镂空结构产品模型的复杂网络建模方法，其步骤如下：采用Voronoi图建立镂空结构的Voronoi元结构；构建BA网络模型图；将BA网络模型中的节点映射为镂空结构的Voronoi元结构，即可获得镂空结构的实体模型；通过调节连接系数或孔壁系数，即可获得具有不同内部形态的镂空结构产品的实体模型。本发明的有益效果如下：通过将复杂网络理论引入到镂空结构的产品建模过程中，实现了具有复杂内部结构的镂空结构的产品设计，简化了镂空结构产品设计的复杂度，解决了镂空结构产品无法建模以及镂空结构实验制备过程繁琐耗时的问题。同时扩展了复杂网络理论的应用范围。

技术领域

本发明涉及复杂网络与产品建模技术领域，特别是指一种镂空结构产品模型的复杂网络建模方法。

背景技术

自然界许多物质都具有复杂的镂空结构，

如木头、海绵、珊瑚、骨头等。随着增材制造制造技术的进步，人类开始尝试制造镂空结构，泡沫金属是最常见的一种镂空结构材料，现有的发泡技术不仅仅局限于金属，高分子材料、陶瓷以及玻璃等都可以被制作成镂空结构。现如今镂空结构已广泛存在于人造产品中，并广泛应用于隔热、轻质化、降低摩擦与组织工程等对材料有特殊需求的领域。

产品建模技术是数字化制造的基础。现有建模方法如线框建模、实体建模、特征建模以及行为建模等方法主要是构建规则形状零件的几何实体模型，它们表述材料功能结构的能力过于简单，对呈非规则分布的镂空结构材料，尚无有效的产品设计方法。

通过将系统抽象为网络，可以利用图论对天然的或人造的网络如交通网络，电力网络，人际关系网络等进行研究。近年来，随着Internet技术的发展以及计算机处理能力的不断增强，更多的真实系统被抽象为网络模型。实证研究表明，现实中许多网络既非理想的规则网络，也不是完全随机网络，而是介乎确定性和随机性之间的网络，具有一些共同的拓扑统计性质，即小世界效应和无标度效应。具有上述特性的网络称为复杂网络。

网络是点及其关系的集合，网络拓扑结构的信息是构建系统模型、研究系统性质和功能的基础。每一个复杂系统都可以看作是单元或个体之间的相互作用网络。通常，一个网络可以抽象为一个图G＝G(V，E)，G是一个由两个集合V和E构成的二元组。其中V是图中的顶点集合，E代表图中的连边集合。

通过将镂空结构的基本组成单元抽象为元结构，可发现镂空结构与复杂网络在拓扑结构上具有相似性。它们都由多个个体组成，具有复杂的内部组织结构，系统呈现较高的复杂度。

因此，如何将复杂网络的概念融入到产品模型设计中，实现具有复杂内部结构的镂空结构产品设计，具有重要意义。

发明内容

本发明提出一种镂空结构产品模型的复杂网络建模方法，解决了现有技术中镂空结构产品无法建模以及镂空结构实验制备过程繁琐耗时的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种镂空结构产品模型的复杂网络建模方法，其方法步骤如下：

(1)采用Voronoi图建立镂空结构的Voronoi元结构

1、对于二维Voronoi元结构VS2，设其对应的二维Voronoi图为V2，孔壁系数为p2，p2是大于0小于1的小数；

以二维Voronoi图V2的质心为中心执行缩放操作得到V2p，缩放系数即为p2；

提取多边形V2p的顶点作为Nurbs曲线的控制点构建曲面Sv2；

对二维Voronoi图V2与曲面Sv2执行布尔差操作，即可获得二维Voronoi元结构VS2；

2、对于三维Voronoi元结构VS3，设其对应的三维Voronoi图为V3，孔壁系数为p3，p3是大于0小于1的小数；