[发明专利]快速精铸树脂原型内腔尺寸优化设计方法

摘要

本发明公开了一种快速精铸树脂原型内腔尺寸优化设计方法，用于解决现有精铸树脂原型内腔尺寸优化设计方法设计的型壳尺寸精确度差的技术问题。技术方案是建立几何模型、有限元模型以及尺寸优化模型，进行尺寸优化迭代。根据树脂原型内腔尺寸优化结果，重构CAD模型，形成内腔构型，再用光固化快速成型机直接制作树脂原型。该方法以现有的单胞填充样式为基础，将组成单胞的结构的尺寸根据不同的模型进行尺寸优化，使得该模型的型壳应力最小。通过尺寸优化方法，针对于每一种不同的原型结构，设计不同的内腔构型。又能应用现有软件中的单胞构型样式进行处理。同时也考虑了树脂模型的刚度，达到应力和刚度设计的最佳匹配，提高了型壳尺寸的精确度。

主权项

1.一种快速精铸树脂原型内腔尺寸优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、先将树脂原型的CAD模型抽壳，抽壳厚度为0.2mm-2mm；将抽壳之后的CAD模型内部使用单胞构型填充；单胞采用梁单元，将组成单胞的梁单元的截面半径定义为设计变量；在树脂原型模型的外表面建立厚度为6mm-10mm的型壳；步骤二、将建好的几何模型采用自由网格划分有限元网格，定义为PartA；将树脂原型的有限元单元复制，移动大于树脂模型最大尺寸的距离，删去型壳对应的有限元网格，定义为PartB；根据使用的材料类型，分别定义型壳材料和树脂材料的杨氏模量、泊松比和热膨胀系数；在做好的树脂原型表面要涂挂浆料和砂料，使PartB模型外表面承受均布的压力载荷，然后对型壳进行焙烧，焙烧过程中，对PartA施加一个60℃的恒温场；步骤三、根据建立的有限元模型，树脂原型内腔单胞梁单元的截面半径为设计变量，将PartA和PartB中树脂原型的梁单元一一对应，即：xiA=xiB=xi(i=1,2...n)---1.1]]>式中，为PartA设计域中的设计变量，为PartB设计域中的设计变量，x_i为尺寸优化定义的设计变量；于是，尺寸优化的数学表达式为：Find:X=(x1,x2,...,xn)]]>Min:Max(σC)---1.2]]>C≤C(U)V≤V(U)x‾i≤xi≤x‾i,i=1,2,...,n]]>式中，X为设计变量向量，即组成树脂原型内腔单胞结构梁单元的截面半径；C_(U)和V_(U)为变形能和体分比的上限；为梁单元截面半径下限，为梁单元截面半径上限限，σ_C为在温度载荷下由热应力引起的型壳上的应力；C为树脂模型在均布压力下的应变能，是结构刚度的比例倒数，写为：C=12FPTUP---1.3]]>式中，F_P为树脂模型表面的压力载荷；U_P为相应的节点位移向量；步骤四、进行尺寸优化迭代，根据树脂原型内腔尺寸优化结果，重构CAD模型，形成内腔构型，再用光固化快速成型机直接制作树脂原型。