[发明专利]基于4D打印的可展开天线背架结构的变形调控方法

权利要求书

1.一种基于4D打印的可展开天线背架结构变形调控制备方法，其特征在于：

包括如下步骤：

1)确定可展开天线背架结构的4D打印杆组的初始收拢状态、中间临时状态和目标展开状态；

2)预设4D打印杆组的外部变化温度、外部载荷和材料分布；

3)建立4D打印杆组的优化模型，将外部变化温度、外部载荷和材料分布输入优化模型中，并通过4D打印杆组的初始收拢状态、中间临时状态和目标展开状态对输入的外部变化温度、外部载荷和材料分布进行优化分析，获得4D打印杆组的最佳的外部变化温度、外部载荷和材料分布；

4)根据步骤3)中获得的最佳的外部变化温度、外部载荷和材料分布，3D打印出4D打印杆组，并搭建可展开天线背架结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于4D打印的可展开天线背架结构变形调控制备方法，其特征在于：

所述的步骤2)中，4D打印杆组包括若干4D打印杆，针对4D打印杆组中的每根4D打印杆，均进行以下操作：

将在初始收拢状态时的4D打印杆的轴截面均分为若干网格节点，并预设4D打印杆由PLA材料和TPU材料构成，对PLA材料和TPU材料分别编码为1和0，将每个网格节点对应其中一种材料，即将每个网格节点对应其中一种编码，作为预设的4D打印杆的材料分布；

预设的外部变化温度为先升温再降温，即先从外部变化温度中的最低温升温至最高温，再降温至最低温；

预设的外部载荷为4D打印杆的各个网格节点的外部载荷。

3.根据权利要求2所述的一种基于4D打印的可展开天线背架结构变形调控制备方法，其特征在于：

所述的步骤3)中，针对4D打印杆组中的每根4D打印杆，均进行以下操作：

3.1)将预设的4D打印杆的外部变化温度、外部载荷和材料分布输入至4D打印杆组的优化模型中，通过预设的材料分布仿真4D打印杆为初始收拢状态，并根据预设的外部变化温度，先从最低温升温至最高温，再对仿真的4D打印杆施加预设的外部载荷，使仿真的4D打印杆变形为中间临时状态，然后从最高温降温至最低温，再卸载预设的外部载荷，4D打印杆从中间临时状态回弹并保持为实际变形状态；

3.2)建立xy坐标系，并建立适应度函数f；

针对每根4D打印杆中的每一个网格节点，提取从初始收拢状态变形至实际变形状态过程中，网格节点在y方向上产生的实际位移获取从初始收拢状态变形至目标展开状态，网格节点在y方向上所需的目标位移并进行以下判断：

当适应度函数f的数值满足f≤0.2mm，则保留当前对应的4D打印杆的材料分布作为对比材料分布；

当适应度函数f的数值不满足f＞0.2mm，则对初始收拢状态的4D打印杆的材料分布进行重新编码，进而替换上一次预设的4D打印杆的材料分布，替换完成后重复步骤3.1)-3.2)，直至适应度函数f的数值满足f≤0.2mm，保留当前对应的4D打印杆的材料分布作为对比材料分布；

3.3)重新预设4D打印杆组的外部变化温度、外部载荷和材料分布，进而替换上一次预设的4D打印杆的外部变化温度、外部载荷和材料分布，重复步骤3.1)-3.3)，获得在不同的外部变化温度、外部载荷和对比材料分布下的适应度函数f的数值；

3.4)选取各个适应度函数f的数值中达到最小值时所对应的外部变化温度、外部载荷和对比材料分布，分别作为4D打印杆的最佳的外部变化温度、外部载荷和材料分布；

所述的优化模型具体如下：

x＝(x₁/x₂…/x₁)

F＝(f1，f2，…fN)

T＝(t1，t2，…tn)

Min：f

其中，x表示4D打印杆的材料分布的编码，x₁/x₂…/x₁分别表示4D打印杆的各个网格节点的编码，x₁和x₂分别表示PLA材料和TPU材料的编码，即x₁＝1，x₂＝0；F表示4D打印杆的外部载荷，f1，f2，…fN分别表示4D打印杆中第1，2，…N个网格节点的外部载荷；T表示4D打印杆的外部变化温度，t1，t2，…tn分别表示将外部变化温度平均划分后的第1，2，…n个节点温度，n表示节点温度的个数；Min：f表示适应度函数f的最小值；

适应度函数f具体如下：

其中，N表示网格节点的个数。