[发明专利]微桁架结构设计平台及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微桁架结构设计平台及其设计方法。

背景技术

微桁架结构是一个近些年提出的概念，2000年左右，国外知名学者Evans教授、Ashby教授、Gibeon教授等通过模拟宏观桁架结构和微观分子点阵仿真结构而提出了一种命名为“类桁架”的结构。这种结构外观上类似建筑用桁架结构，但是尺寸上小得多，适合应用于航天器、医疗器材等高精密度仪器设备，因此也被称为“微桁架结构”。这类结构大的空穴率和开孔设计，增加了散热面积并且有利于对流，更具有高比强度、高比刚度、较好的力-热耦合结构和吸能、超轻、节约材料等优点，能够满足特殊工业对超轻结构设计和多功能性的要求。

国内外对微桁架结构的研究主要集中在力学领域，但航天器、医疗器材等高精密度仪器设备对所用材料的密度、强度、吸能、吸噪等性能方面，要求严格，而且需要材料能随着环境、领域等的变化而变化，这就要求材料能动态的满足用户的不同需求。如果能够通过改变实体模型的内部组织结构，从而改变物理模型的力、热学性能，并建立微桁架结构和性能映射关系，那么在航空、医学等需要特别考虑材料–力学性能的领域，就可以产出符合用户需求的力学、热学性能的微桁架结构，这也是智能制造领域研究的新方向。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提出一种微桁架结构设计平台及其设计方法。本发明通过改变微桁架结构从而改变物体的内部组织，提供符合用户需求的力学、热学性能的微桁架结构。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种微桁架结构设计平台，包括微桁架单元库构造模块、构造内部结构模块和三维实体模型成形模块；所述微桁架单元库构造模块构造微桁架单元库，定义微桁架单元的数据结构，确定微桁架单元的结点、边的空间拓扑关系：确定微桁架单元结构包含哪些结点及其边的连接关系，规定对应对称节点之间存在空间对称关系，确定边的默认形状和默认尺寸，规定边与边之间用球形连接；所述构造内部结构模块根据设计的三维实体表面模型数据，构造其内部微桁架结构实体；所述三维实体模型成形模块检测微桁架结构并生成三维实体模型，采用激光烧结技术(SLS),构造对应的物理模型。

一种微桁架结构的设计方法，包括以下步骤：

(1)根据组件形状和具体要求进行微桁架结构单元设计；

(2)进行单元结构优化；

(3)根据设计交互原则进行可视化设计；

(4)进行结构定义；

(5)检测微桁架结构；

(6)用CAD生成模型；

(7)对结点处的边模型进行布尔运算；

(8)生成三维模型生成；

(9)工艺规划并使用激光烧结技术生成物理模型。

本发明的有益效果：

(1)在微桁架结构单元设计时，系统定义的单元库存储的是自定义的桁架结构单元，用户可根据需求自定义并调整桁架单元，从而得到最终物理模型的力、热学性能等。

(2)构造三维实体内部结构时，用户输入G空间，用户自定义设计要求，自动将空G间分解成同一规格的尺寸单元，并且分解后的单元是可以调整的。

(3)可以根据给定的实体表面模型和微桁架结构单元，生成三维实体模型，给予用户直观体验，方便直接测试相关性能。

(4)最终成形的实体内部是蜂窝状结构，根据受力分布合理分配桁架的规格、疏密，能够快速成形，节省大量的造价昂贵的高端材料。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的流程图。

图3为本发明中4种微桁架结构。

图4为本发明中的球形连接示意图。

图5为本发明中微桁架结构结点-边示意图。

图6为本发明中调整前结构单元示意图。

图7为本发明中调整后结构单元示意图。

图8为本发明中结点处的空间布尔运算示意图。

图9为本发明中CAD模型示例。

图10为本发明中空间单元模型示例。

图11为本发明中具有微桁架结构单元的实体模型。

图12为本发明中物理模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明说明书中的附图，对本发明技术实施方式进行清楚、详细地描述。本发明所描基于本发明中的关键技术，在本领域普通技术人员在没有做出创性劳动前提下而获得的所有其他技术方案，都属于本发明保护的范围。本发明微桁架结构设计平台微桁架单元库构造模块、构造内部结构模块和三维实体模型成形模块。如图1所示。