[发明专利]一种基于逆向重构的藕状多孔金属有限元分析方法

说明书

本发明公开一种基于逆向重构的藕状多孔金属有限元分析方法，用工业CT对藕状多孔金属进行扫描，获取连续多张微米级图片并依次进行编号；将图片按照编号从小到大导入医学影像软件MIMICS 20.0，重构合金的三维形貌模型；对三维形貌模型进行表面优化处理；将处理过的三维模型转化为CAD模型；对CAD模型进行修复；将修复后的模型导入Hypermesh中，先划分三角形单元，再由三角形单元生成四面体单元，并优化所生成的四面体单元质量；将网格文件导出；将导出的网格文件导入ANSYS中进行有限元分析；与传统有限元模拟方法相比，本发明可以更好地反映物体受力，受热后的真实情况。

技术领域

本发明涉及逆向工程技术领域，公布了一种基于逆向重构的藕状多孔金属有限元分析方法。

背景技术

藕状多孔金属材料具有方向性，不仅具有比原有致密材料更高的综合性能（比强度和比模量高），还具有一些原有致密材料所没有的优异性能，如：应力集中小、密度低、刚度大、比表面积大、高热导率。因此，藕状多孔金属材料在诸如医学、航空航天、汽车、电子、建筑、核工业等高技术领域有着广泛的应用前景。

对于藕状多孔金属性能的计算机模拟，国内外做了大量的研究。但是由于藕状多孔金属结构复杂（气孔直径变化大、气孔形状不规则、气孔间距变化大、气孔长短不一、气孔合并现象明显）导致用逆向工程技术构建CAD模型困难，划分网格困难，甚至不能划分出合格的三角形单元，故目前还没有研究人员用逆向重构技术对其性能进行有限元分析。目前，国内外的研究全部是基于正向建模（构建形状规则的理想模型后进行有限元模拟），并不能反映物体受力，受热后的真实情况。

发明内容

本发明提供一种基于逆向重构的藕状多孔金属有限元分析方法，通过逆向重构技术对藕状多孔金属进行有限元模拟。

本发明通过以下步骤来实现：

（1）用工业CT对藕状多孔金属进行扫描，获取连续多张微米级图片并依次进行编号；

（2）将步骤（1）获得的图片按照图片编号从小到大导入医学影像软件MIMICS 20.0，重构合金的三维形貌，并输出“.stl”格式文件；

（3）将步骤（2）的“.stl”格式文件导入Geomagic Wrap中，运用表面光顺与网格医生命令，提高模型的表面质量，输出“.wrl”格式文件；

（4）将步骤（3）的“.wrl”格式文件导入Geomagic Design X中，先划分领域，再针对不同的领域构建相应的NURBS曲面，放样曲面，旋转曲面，最后应用布尔运算生成CAD模型，输出“.X_T”格式文件；

（5）将步骤（4）的“.X_T”格式文件导入SpaceClaim中，修复额外边、小型曲线、小型面、非精确边等缺陷；

（6）将步骤（5）的修复后的模型导入Hypermesh中，先用“QI optimize”工具划分三角形单元，再由三角形单元生成四面体单元，然后通过主菜单“mesh—check—elements—tetramesh optimizaiton”工具来优化所生成的四面体单元质量；将网格导出为“.cbd”文件；

（7）将步骤（6）的“.cbd”文件导入ANSYS，进行力学分析。

步骤（1）中的藕状多孔金属用气体-金属共晶定向凝固的方法制备得到，具体步骤如下：首先将称量好的金属放入熔炼坩埚中，抽真空至1Pa 后缓慢加热至金属熔化，充入高纯氢气至0.6MPa，保温5～15min，开启下拉系统，金属液流出并在模具内凝固，在牵引速度为20～30mm/min的牵引杆的带动下逐渐拉制出藕状多孔金属。

所述金属为铜、铬、铁中的一种或几种任意比例混合。

本发明突出的技术优势和显著特点主要有：

（1）本发明可以更好地反映物体受力，受热后的真实情况。