[发明专利]一种基于渐变胞元尺寸的异型三维点阵结构隔热性能优化设计方法

权利要求书

1.一种基于渐变胞元尺寸的异型三维点阵结构隔热性能优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，根据异型三维点阵结构的形貌变化特性，设计不同胞元尺寸下的异型三维点阵结构单胞，再将其分别按周期性排列在同等大小的包围空间内，得到不同胞元尺寸下的异型三维点阵结构；

步骤2，对设计好的异型三维点阵结构模型进行预处理后，导入有限元分析软件，进行网格剖分、边界条件设置及有限元仿真求解分析，得到不同胞元尺寸下的异型三维点阵结构稳态温度云图；由于比表面积越大会促进异型三维点阵结构的散热作用，通过对比温度云图可知，胞元尺寸越小则异型三维点阵结构隔热效率越高；

步骤3，分析要优化设计的某尺寸下异型三维点阵结构的稳态温度云图，根据步骤2中的结论，在温度高的区域拟使用较小尺寸的异型三维点阵结构胞元，在温度低的区域拟使用较大尺寸的异型三维点阵结构胞元；

步骤4，因为温度呈连续变化，所以将温度递减方向作为胞元尺寸递增方向；胞元尺寸逐渐变化则垂直于变密度方向每层的胞元数量不同，通过将异型三维点阵结构胞元骨架往整体结构某固定轴位置扭转一定角度，使得不同层间数量不同的胞元顺利连接，在胞元尺寸渐进变化同时保证结构的连续性。

2.根据权利要求1所述的基于渐变胞元尺寸的异型三维点阵结构隔热性能优化设计方法，其特征在于：步骤1中，设计以晶胞为基本微观单元的曲面点阵，采用Diamond结构、Gyroid结构、IW结构或Tub-Primitive结构，使用几何建模算法直接生成三维曲面点阵，通过调整参数生成不同尺寸或相对密度的胞元。

3.根据权利要求1所述的基于渐变胞元尺寸的异型三维点阵结构隔热性能优化设计方法，其特征在于：步骤1中，调整参数生成不同尺寸的单胞，将其分别按周期性排列组合在同等大小的包围空间内，得到几个不同胞元尺寸下的异型三维点阵结构；当胞元尺寸越小时，异型三维点阵结构在包围空间中的材料分布就会更均匀，因而比表面积越大。

4.根据权利要求1所述的基于渐变胞元尺寸的异型三维点阵结构隔热性能优化设计方法，其特征在于：步骤2中，通过几何建模算法生成的异型三维点阵结构单胞由三角面片拼接而成，包含表面形状信息，使用网格划分软件将其内部进行四面体网格划分以转换成实体结构。

5.根据权利要求1所述的基于渐变胞元尺寸的异型三维点阵结构隔热性能优化设计方法，其特征在于：步骤3中，胞元尺寸越小越有利于提升异型三维点阵结构的隔热性能，故渐变胞元尺寸最大值不宜超过原胞元尺寸，温度越高处使用小尺寸胞元，但胞元最小尺度需满足金属增材制造工艺约束要求。

6.根据权利要求1所述的基于渐变胞元尺寸的异型三维点阵结构隔热性能优化设计方法，其特征在于：步骤4，在渐变尺寸的异型点阵结构隔热优化设计中，以胞元为单位的相对密度始终保持不变，且优化前后的结构截面积变化规律基本相同。

7.根据权利要求1所述的基于渐变胞元尺寸的异型三维点阵结构隔热性能优化设计方法，其特征在于：步骤4中，通过控制扭转角度的大小调整胞元尺寸的渐变程度，以此控制不同区域比表面积大小，促进结构散热，提升异型三维点阵结构的隔热性能。