[发明专利]一种应用于髋臼杯的晶格各向同性设计方法

权利要求书

1.一种应用于髋臼杯的晶格各向同性设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选择用于制造髋臼杯的材料；

2)以正八角桁架的拓扑结构作为基本晶格单元的拓扑结构；利用开源几何库OpenCasCade(OCC)搭建参数化建模平台，通过参数化建模将正八角桁架的拓扑结构通过圆柱建模功能建立若干不同几何参数的晶格结构模型，参数化建模时，利用半径为R₀的圆球扫掠正八角桁架的拓扑结构；正八角桁架的半径为R₀，从正八角桁架的中心出发，与正八角桁架的六个面中心通过圆台的方式相连，圆台的底面半径为R₁，位于八角桁架中心，圆台的顶面半径为R₀；

3)对晶格结构模型进行有限元分析，得到晶格的各向异性指数A_i；i表示步骤2)中得到的若干晶格结构模型的序号；

4)对步骤2)得到的若干晶格结构模型进行离散化采样建立晶格几何参数与机械性能的拟合关系，包括各向异性性能指数与R₀和之间的映射关系弹性模量与R₀的映射关系其中，R₀为正八角桁架半径和圆台顶面半径，R₁为圆台底面半径，

5)指定髋臼杯制造时的弹性模量和各向异性指数，其中，各向异性指数定为1；根据步骤4)得到的拟合关系获得晶格的几何参数R₀和

6)根据步骤5)得到的晶格几何参数设计晶格结构。

2.根据权利要求1所述的应用于髋臼杯的晶格各向同性设计方法，其特征在于，步骤2)中，基本晶格单元的拓扑结构选用正八角桁架的拓扑结构，正八角桁架的中心定为原点(0,0,0)，其它点依次为将P_ij存入集合Points,生成Points之间的连线，L为晶格边长；

令ppLength＝|Points[i]-Points[j]|，i，j∈[0，13]，若满足则添加两点Points[i]与Points[j]之间的连线；若不满足，则跳过；按照这种方式遍历完成所有点之间的组合，得到正八角桁架的拓扑结构。

3.根据权利要求1所述的应用于髋臼杯的晶格各向同性设计方法，其特征在于，步骤2)中，令取值为{0.3，0.5，0.7，0.9，1.0，1.1}，取值为{0.50，0.75，1.00，1.25，1.50}，将与的参数两两组合，形成30组不同的参数组合，将这些参数输入步骤2)中的参数化建模平台，得到30个不同的晶格模型。

4.根据权利要求3所述的应用于髋臼杯的晶格各向同性设计方法，其特征在于，步骤3)中，在有限元软件Abaqus中进行有限元分析，结构的应力应变关系表示为{σ}＝[C]{ε}，其中[C]为刚度矩阵，由于模型的对称性，晶格单元的刚度矩阵简化为：

弹性模量：

各向异性指数：

5.根据权利要求1所述的应用于髋臼杯的晶格各向同性设计方法，其特征在于，步骤3)中，选择步骤1)中的材料的弹性模量和泊松比作为有限元分析的材料定义，选择C3D4作为基本网格单元，分别对步骤2)中得到的所有晶格结构模型进行有限元分析。

6.根据权利要求1所述的应用于髋臼杯的晶格各向同性设计方法，其特征在于，通过步骤6)得到的晶格制作髋臼杯时，在坐标轴X、Y、Z三个方向对晶格执行阵列运算得到晶格阵列arrayLattice，利用髋臼杯的几何参数设计中间层的形状模型，并与arrayLattice求交集运算，得到髋臼杯中间层的模型部分AC_middle；并根据髋臼杯的几何参数要求设计髋臼杯的内外层模型部分AC_inner,AC_outer,最后将AC_middle，AC_inner,AC_outer进行组合。