[发明专利]一种优化增材制造方法及系统

说明书

本发明涉及一种优化增材制造方法及系统，该方法包括：构建待优化结构的力学模型，将力学模型通过网格划分为多个单元；将边界条件、荷载和预设的应力数据添加到力学模型中，获得输出力学模型；将各单元区分为实体单元和软单元；对当前体积分数进行缩减；对滤波后的各单元的应力数据进行排序，根据缩减后的体积分数确定应力数据阈值；根据应力数据阈值将输出力学模型中各单元重新区分为实体单元和软单元；判断体积分数是否不等于目标体积分数且未达到收敛条件；若是，则返回步骤“获得当前输出力学模型中各单元的应力数据”；若否，则将输出力学模型中软单元进行删除，获得最终的力学模型。本发明提高了结构刚度。

技术领域

本发明涉及结构优化技术领域，特别是涉及一种优化增材制造方法及系统。

背景技术

1992年谢亿民和Steven等人提出了一种基于启发式规则的拓扑优化方法，即渐进结构优化法(evolutionary structural optimization,ESO)，这个方法通过逐渐把结构中的低效材料删除，从而实现结构逐渐达到最优状态。其后，为了完善ESO方法只能删除单元的缺陷，又提出双向渐进优化方法(Bi-directional Evolutionary StructureOptimization，BESO)，使得在优化过程中能够自由地删除或添加单元。BESO作为目前最常用的连续体拓扑优化方法之一，能够与现成的商用有限元分析软件相连接。

在增材制造(3D打印)技术出现以前，由于结构在拓扑优化后造型复杂，存在传统的加工技术(车、铣、刨、磨)无法加工的地方，因此拓扑优化仅用于结构找型。相对于传统制造的减法工艺而言，增材制造革命般的使用了加法制造技术，通过软件将模型切片，并以层层叠加的方式进行制造。目前，业界使用拓扑优化求解器的软件有Ansys、Nastran、美国澳汰尔公司的Optistruct以及德国Fe-design公司的Tosca等，虽然大部分软件有良好的界面可供使用者操作，但在使用需求上依然不够开放，此类软件在拓扑过程中并没有加入基于制造工艺的约束，因此使用3D成型技术时也有颇多制造难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种优化增材制造方法及系统，在结构优化过程中具有很好的收敛性和有效性，提高了结构刚度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种优化增材制造方法，包括：

提取待优化结构工况中的边界条件和荷载；

构建待优化结构的力学模型，将所述力学模型通过网格划分为多个单元；将所述边界条件和所述荷载添加到所述力学模型中，并将预设的应力数据添加到所述力学模型中，获得输出力学模型；

基于材料差值方法，将各所述单元区分为实体单元和软单元，各所述实体单元构成实体单元集，各所述软单元构成软单元集；获得体积分数，所述体积分数为实体单元的单元数占单元总数的比值；

获得当前输出力学模型中各单元的应力数据；

对各单元的应力数据进行滤波，获得滤波后的各单元的应力数据；

对当前体积分数进行缩减；

对滤波后的各单元的应力数据进行排序，根据缩减后的体积分数确定应力数据阈值；

根据所述应力数据阈值将输出力学模型中各单元重新区分为实体单元和软单元；

判断体积分数是否不等于目标体积分数且未达到收敛条件；

若是，则返回步骤“获得当前输出力学模型中各单元的应力数据”；

若否，则将输出力学模型中软单元进行删除，获得最终的力学模型。

可选地，所述对各单元的应力数据进行滤波，获得滤波后的各单元的应力数据，具体包括：

计算各单元的灵敏度；