面向增材制造的镂空结构复合组体CAD建模方法研究
发布时间：2022-01-17 18:02
随着航空、机电、生物与医疗技术的迅速发展,许多领域对具有抗疲劳、防爆、轻质化等特殊性能的镂空结构提出了需求,镂空结构在物理与机械性能指标上具有更强的可扩展性,高速发展的3D打印技术（增材制造）则为镂空结构复合组体的制造提供了有利的工具。虽然当前增材制造技术在理论上能够将具有任何内部形态的产品制造出来,但在实践中但仍缺乏相应的建模方法与工具,特别是针对镂空结构,由于其组成单元与内部组分的双重不规则性,还没有相应的CAD（ComputerAidedDesign）建模方法。本文从产品的结构异质性出发,利用复杂网络理论,研究了镂空结构复合组体的CAD建模方法,具体内容有以下三个方面:1)镂空结构可以通过参数可调的元结构组合而成,针对镂空结构组成单元的不规则性,利用Voronoi图提出了镂空结构的元结构建模方法。为了消除Voronoi元结构的应力集中现象,分别采用Nurbs（Non-UniformRational B-Spline）曲线与网格细分算法对二维和三维元结构进行光滑处理。给出了镂空结构的一种规则定义方法VoroSDF,以表述镂空结构内部的不规则组分信息。与STP（STandard fo...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１负泊松比材料的抗冲击原理及效果展示??
１３．１．４超材料??超材料的原理图如图１－３所不，图中左侧为传统的电磁材料，它的最小单元是原子；??右侧是超材料，它的最小单元是可控的细观结构。与功能结构的概念类似，超材料是通??过合理的组分与构型而不是通过材料自身来获得各种非常规的电磁学性能［２２】。超材料的??这种非自然机械性能使其在很多领域获得了应用，如完美透镜１２４１、隐身衣Ｉ２５，２６！、手性??材料？和吸波材料等。??ｎｗｆ???／??！／??
雙?Ｉ：：：：：?Ｉ??（ａ）内凹细胞单元?（ｂ）手性型细胞单元?（ｃ）星型细胞单元?（ｄ）双箭头细胞单元??图１－２负泊松比结构??１３．１．４超材料??超材料的原理图如图１－３所不，图中左侧为传统的电磁材料，它的最小单元是原子；??右侧是超材料，它的最小单元是可控的细观结构。与功能结构的概念类似，超材料是通??过合理的组分与构型而不是通过材料自身来获得各种非常规的电磁学性能［２２】。超材料的??这种非自然机械性能使其在很多领域获得了应用，如完美透镜１２４１、隐身衣Ｉ２５，２６！、手性??材料？和吸波材料等。??ｎｗｆ???／??！／??图１－３电磁材料与超材料??在功能结构的三种类别中，复合材料在两种材料的相交面处存在接触面问题；功能??梯度材料只能产生渐变的功能，缺乏对细观结构的表述能力，而且由于生成模型被体素??化而变得难以制造；另一方面，功能梯度材料内部的材料组分只能通过数学函数定义，??在利用ＣＡＤ工具设计与建模上存在困难。而具有周期性元胞结构的镂空结构则可以通??过调控细观结构获得各种极具性能的产品。??１．３．２增材制造技术??人类在制造行业的发展历史悠久，但是在长期的发展过程中，人类的手工技术行业、??制造行业的发展只有两百年的历史
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向3D打印体积极小的拓扑优化技术[J]. 徐文鹏,王伟明,李航,杨周旺,刘秀平,刘利刚. 计算机研究与发展. 2015(01)
[2]一种基于十字镂空结构的低频超材料吸波体的设计与制备[J]. 周卓辉,刘晓来,黄大庆,康飞宇. 物理学报. 2014(18)
[3]面向CAD系统的连续体结构形状与拓扑优化[J]. 夏鸿建,张继伟,陈新度. 机械工程学报. 2014(23)
[4]DNA折纸术的研究进展[J]. 石党委,王振刚,徐景坤,丁宝全. 科学通报. 2013(24)
[5]增材制造（3D打印）技术发展[J]. 卢秉恒,李涤尘. 机械制造与自动化. 2013(04)
[6]增材制造:实现宏微结构一体化制造[J]. 李涤尘,贺健康,田小永,刘亚雄,张安峰,连芩,靳忠民,卢秉恒. 机械工程学报. 2013(06)
[7]基于分形结构的太赫兹超材料吸波体[J]. 杨娴,张建民. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2013(01)
[8]设备操作控制过程模型及其仿真环境的规范化研究[J]. 赵晓峰,赵正旭,周以齐,杨超英. 北京工业大学学报. 2012(03)
[9]元结构方法的理论建模和验证[J]. 郭垒,张辉,汪劲松,叶佩青. 机械工程学报. 2011(23)
[10]负泊松比材料与结构的力学性能研究及应用[J]. 杨智春,邓庆田. 力学进展. 2011(03)
博士论文
[1]3D打印中的结构优化问题研究[D]. 徐文鹏.中国科学技术大学 2016
[2]非自然机械性能材料结构的复杂网络模拟与设计方法研究[D]. 郭阳.山东大学 2015
[3]复杂机电产品模块化设计若干关键技术及应用研究[D]. 谌炎辉.西安电子科技大学 2013
[4]周期性复合材料有效性能的均匀化计算[D]. 黄富华.哈尔滨工业大学 2010
[5]产业复杂网络的建模、仿真与分析[D]. 姚灿中.华南理工大学 2010
[6]基于复杂网络的机械产品零部件分析与配置技术研究[D]. 刘夫云.浙江大学 2006
硕士论文
[1]基于均匀化理论的材料微结构拓扑优化研究[D]. 汤亚男.湘潭大学 2011
[2]复合材料层合结构减重优化与瞬态传热分析方法[D]. 张二亮.西北工业大学 2006
本文编号：3595187
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１负泊松比材料的抗冲击原理及效果展示??
１３．１．４超材料??超材料的原理图如图１－３所不，图中左侧为传统的电磁材料，它的最小单元是原子；??右侧是超材料，它的最小单元是可控的细观结构。与功能结构的概念类似，超材料是通??过合理的组分与构型而不是通过材料自身来获得各种非常规的电磁学性能［２２】。超材料的??这种非自然机械性能使其在很多领域获得了应用，如完美透镜１２４１、隐身衣Ｉ２５，２６！、手性??材料？和吸波材料等。??ｎｗｆ???／??！／??
雙?Ｉ：：：：：?Ｉ??（ａ）内凹细胞单元?（ｂ）手性型细胞单元?（ｃ）星型细胞单元?（ｄ）双箭头细胞单元??图１－２负泊松比结构??１３．１．４超材料??超材料的原理图如图１－３所不，图中左侧为传统的电磁材料，它的最小单元是原子；??右侧是超材料，它的最小单元是可控的细观结构。与功能结构的概念类似，超材料是通??过合理的组分与构型而不是通过材料自身来获得各种非常规的电磁学性能［２２】。超材料的??这种非自然机械性能使其在很多领域获得了应用，如完美透镜１２４１、隐身衣Ｉ２５，２６！、手性??材料？和吸波材料等。??ｎｗｆ???／??！／??图１－３电磁材料与超材料??在功能结构的三种类别中，复合材料在两种材料的相交面处存在接触面问题；功能??梯度材料只能产生渐变的功能，缺乏对细观结构的表述能力，而且由于生成模型被体素??化而变得难以制造；另一方面，功能梯度材料内部的材料组分只能通过数学函数定义，??在利用ＣＡＤ工具设计与建模上存在困难。而具有周期性元胞结构的镂空结构则可以通??过调控细观结构获得各种极具性能的产品。??１．３．２增材制造技术??人类在制造行业的发展历史悠久，但是在长期的发展过程中，人类的手工技术行业、??制造行业的发展只有两百年的历史
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向3D打印体积极小的拓扑优化技术[J]. 徐文鹏,王伟明,李航,杨周旺,刘秀平,刘利刚. 计算机研究与发展. 2015(01)
[2]一种基于十字镂空结构的低频超材料吸波体的设计与制备[J]. 周卓辉,刘晓来,黄大庆,康飞宇. 物理学报. 2014(18)
[3]面向CAD系统的连续体结构形状与拓扑优化[J]. 夏鸿建,张继伟,陈新度. 机械工程学报. 2014(23)
[4]DNA折纸术的研究进展[J]. 石党委,王振刚,徐景坤,丁宝全. 科学通报. 2013(24)
[5]增材制造（3D打印）技术发展[J]. 卢秉恒,李涤尘. 机械制造与自动化. 2013(04)
[6]增材制造:实现宏微结构一体化制造[J]. 李涤尘,贺健康,田小永,刘亚雄,张安峰,连芩,靳忠民,卢秉恒. 机械工程学报. 2013(06)
[7]基于分形结构的太赫兹超材料吸波体[J]. 杨娴,张建民. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2013(01)
[8]设备操作控制过程模型及其仿真环境的规范化研究[J]. 赵晓峰,赵正旭,周以齐,杨超英. 北京工业大学学报. 2012(03)
[9]元结构方法的理论建模和验证[J]. 郭垒,张辉,汪劲松,叶佩青. 机械工程学报. 2011(23)
[10]负泊松比材料与结构的力学性能研究及应用[J]. 杨智春,邓庆田. 力学进展. 2011(03)
博士论文
[1]3D打印中的结构优化问题研究[D]. 徐文鹏.中国科学技术大学 2016
[2]非自然机械性能材料结构的复杂网络模拟与设计方法研究[D]. 郭阳.山东大学 2015
[3]复杂机电产品模块化设计若干关键技术及应用研究[D]. 谌炎辉.西安电子科技大学 2013
[4]周期性复合材料有效性能的均匀化计算[D]. 黄富华.哈尔滨工业大学 2010
[5]产业复杂网络的建模、仿真与分析[D]. 姚灿中.华南理工大学 2010
[6]基于复杂网络的机械产品零部件分析与配置技术研究[D]. 刘夫云.浙江大学 2006
硕士论文
[1]基于均匀化理论的材料微结构拓扑优化研究[D]. 汤亚男.湘潭大学 2011
[2]复合材料层合结构减重优化与瞬态传热分析方法[D]. 张二亮.西北工业大学 2006
本文编号：3595187
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