[发明专利]一种由变截面圆管组成的轻质点阵结构及其优化设计方法

权利要求书

1.一种由变截面圆管组成的轻质点阵结构，其特征在于，该轻质点阵结构由正八面体构型的单胞阵列组成，单胞由12根尺寸相同的变截面薄壁圆管组成，变截面薄壁圆管由B样条曲线沿中心轴旋转360度得到；变截面薄壁圆管至少确定四个设计参数，包括圆管厚度t、圆管中心处截面半径R₁、圆管端面处截面半径R_n和圆管中心处截面与端面中点的截面半径R_m；所述参数通过数学规划算法，以得到满足体积约束并具有最大体积模量的轻质点阵结构单胞为目标，优化得到。

2.根据权利要求1所述的由变截面圆管组成的轻质点阵结构，其特征在于，变截面薄壁圆管的设计参数包括圆管厚度t、圆管中心处截面半径R₁、圆管端面处截面半径R_n和圆管中心处截面与端面间均匀等距离处的截面半径R_i，i＝2,3,…,n-1。

3.根据权利要求2所述的由变截面圆管组成的轻质点阵结构，其特征在于，轻质点阵结构单胞中设计参数R₁＝2.27mm、R₂＝2.28mm、R₃＝2.20mm、R₄＝2.24mm、R₅＝2.51mm、R₆＝5.20mm，各截面等距离为6mm，圆管厚度t为0.166mm。

4.权利要求1或2或3所述的由变截面圆管组成的轻质点阵结构的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，由于变截面薄壁圆管为上下对称结构，选取薄壁圆管上半段的设计参数，并在有限元分析软件中对变截面薄壁圆管进行参数化建模；

第二步，对变截面薄壁圆管进行复制、旋转以及平移，按照正八面体构型建立由12根尺寸相同的变截面薄壁圆管组成的轻质点阵结构单胞；

第三步，根据当前的设计参数变量计算轻质点阵结构单胞的体积和体积模量；

第四步，使用移动渐进线算法(MMA)对设计参数变量进行优化，直到得到满足体积约束并具有最大体积模量的轻质点阵结构单胞；

第五步，对优化得到的轻质点阵结构单胞进行阵列操作，得到轻质点阵结构。