[发明专利]一种极小曲面连续梯度多孔结构的获取方法

说明书

本发明属于多孔结构领域，并公开了一种极小曲面连续梯度多孔结构的获取方法。该方法包括下列步骤：(a)建立欧拉三维空间区域并对其进行网格划分，获得网格上各个节点的坐标，在网络节点中选取多个节点作为特征点，设定每个特征点的特征值为(x,y,z,a,t)；(b)根据所需极小曲面多孔结构孔隙率的梯度要求，对每个所述特征点的特征值中的a和t值进行赋值；(c)根据每个特征点对应的特征值拟合获得极小曲面模型，按照该极小曲面的模型在三维空间区域中生成极小曲面的多孔结构，以此获得所需的连续梯度极小曲面多孔结构。通过本发明，克服传统均匀孔多孔结构性能单一的缺点，制造出适用于复杂力学环境中的梯度多孔材料。

技术领域

本发明属于多孔结构领域，更具体地，涉及一种极小曲面连续梯度多孔结构的获取方法。

背景技术

多孔材料由于其具有抗冲击、吸能、隔热、吸音等优异综合性能，被广泛应用于航空航天、医疗、交通运输等行业的轻量化设计。然而随着产品性能的提高以及一体化设计的需求，单纯的轻量化和能量吸收特性已经不能满足高性能构件的需求，如目前研究最多的均匀的多孔点阵材料，其力学性能单一且难于变化，无法匹配“随形变化”的力学性能需求，

作为3D打印的数据输入，计算机辅助设计吸引了国内外学者广泛的关注，丰富多样的多孔结构被设计出来用于轻量化，其中三周期极小曲面(TPMS)尤为引人注目，作为一种极小曲面，TPMS曲面上各点平均曲率均为零，表面平滑光顺，在欧式空间三个方向上周期分布，孔与孔之间相互贯通，此外，通过修改TPMS隐函数表达式参数，可以实现多孔大小和形状的精确控制，特别适合设计梯度多孔材料。

综上，目前大部分多孔结构为均匀孔隙结构，其设计的多孔结构参数不可调，孔隙直径及杆参数无法随空间位置发生变化，难于满足复杂环境中力学性能需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种极小曲面连续梯度多孔结构的获取方法，通过建立三维空间区域并在该区域中定义特征点，根据所需的梯度多孔结构对孔隙率的要求对每个特征点的特征值进行赋值，以此获得极小曲面模型，最后根据该极小曲面模型生成连续梯度极小曲面多孔结构，克服传统均匀孔多孔结构性能单一的缺点，制造出适用于复杂力学环境中的梯度多孔材料。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种极小曲面连续梯度多孔结构的获取方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)建立欧拉三维空间区域，将该三维空间区域进行网格划分，获得网格化的三维空间区域以及该网格上各个节点的坐标，在所述网络节点中选取多个节点作为特征点，设定每个特征点对应的特征值为(x,y,z,a,t)，其中，x,y和z分别是特征点在X,Y和Z方向的坐标值，a是孔隙大小，t是孔隙率；

(b)根据所需极小曲面多孔结构孔隙率的梯度要求，对每个所述特征点的特征值中的a和t值进行赋值，使得在所述三维空间区域中的特征点的a和t值呈梯度变化；

(c)对三维空间区域中每个特征点对应的特征值进行拟合获得所述极小曲面模型f(x,y,z,a,t)＝0，按照该极小曲面的模型在所述三维空间区域中生成极小曲面的多孔结构，以此获得所需的连续梯度极小曲面多孔结构。

进一步优选地，在步骤(a)中，对所述该三维空间区域进行网格划分时，每个方向的网格数量优选不少于50个。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述对每个所述网格节点坐标中的a和t值进行赋值，优选采用插值法。

进一步优选地，在步骤(c)中，所述按照该极小曲面的模型在所述三维空间区域中生成极小曲面的多孔结构，优选先设定多孔结构的壁厚，然后将所述极小曲面按照所述预设的壁厚增厚，即可获得所述极小曲面的多孔结构。

进一步优选地，在步骤(c)中，所述按照该极小曲面的模型在所述三维空间区域中生成极小曲面的多孔结构，优选按照下列方式：