[发明专利]基于球单元的亚表面多孔网状结构的设计方法

权利要求书

1.一种基于球单元的亚表面多孔网状结构的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据设计要求建立部件的三维实体模型，对其在设计要求的工况下进行有限元分析，得出部件的应力分布等与力学性能相关的参数；

(2)对步骤(1)获得的力学参数进行数据分析、归纳整理，得到系统性、综合性的力学问题和优化导向，形成设计目标；

(3)根据步骤(2)中形成的设计目标进行基于球单元的多孔网状结构设计，选择合适的球单元设计自由度，设计出亚表面多孔网状结构；

(4)对步骤(3)中设计出的结构，进行计算机仿真分析和相关测试验证部件是否满足设计需求。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述球单元包括球、由球衍生出的球壳、表面含孔洞的球壳以及球的拓扑结构。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，球单元设计自由度包括单元种类和分布特征，单元种类包括实体球、表面打孔的球壳，分布特征包括球单元三维坐标数学参数。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，根据部件的应力强度要求填充球单元或球单元的拓扑结构，通过在合理的位置填充合理半径大小的实心球体、空心球壳、带孔洞的球壳、半球或球体的拓扑结构，建立球心的三维位置、球心半径的结构矩阵，设计相应的增材制造技术的结构算法，利用有限元分析，优化内部结构的设计，然后采用合适的材料，基于3D打印技术加工制造出符合应力强度的要求的部件。

5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，包括如下步骤：

(41)通过常规实验测试3D打印出的产品的基本物理机械性能；

(42)按照部件在实际工作中的工况搭建微缩的试验平台，从零逐渐增加载荷，在试验平台上对产品进行加载试验，采用电阻应变片法测试不同载荷条件下部件的变形分布以及变形量变化情况；

(43)将步骤(41)中测量的部件的基本物理机械性能以及基本物理机械性能种类与步骤(42)中的不同载荷条件作为基本输入值，采用有限元分析软件进行产品的受力模拟分析；将模拟的变量分析结果与步骤(42)中实测结果进行对照，符合度大于90％则进行下一步，否则返回到(43)调整基本物理机械性能种类及载荷条件，再次进行模拟分析，直到理论和试验符合度达到要求；

(44)将步骤(43)中调整好的载荷条件、基本物理机械性能种类和(41)中的材料基本物理机械性能作为输入参数，采用有限元分析软件进行产品受力模拟分析，从零开始增加载荷力的大小，模拟分析出产品的强度，即可推演出相应产品在实际工况下不会变形过大而失效，能够承受得住相应的载荷。

6.根据权利要求5所述的隔热散热设计方法，其特征在于，在所述步骤(41)中，基本物理机械性能包括：抗拉强度、弹性模量、布氏硬度、泊松比、屈服强度、切线模量和密度。

7.根据权利要求5所述的隔热散热设计方法，其特征在于，步骤(42)、(43)、(44)中所述的载荷条件指的是施加载荷力的大小、力的方向、力的作用点和力的分布情况。

8.根据权利要求5所述的隔热散热设计方法，其特征在于，将改进的内部结构设计建立相应的球心的三维位置、球心半径的结构矩阵，设计出相应的结构算法，利用3D打印技术进行量化生产。