面向增材制造的非均质点阵结构优化设计方法

发布时间：2021-06-13 02:33

　　多层级点阵结构具有低密度高比刚度的特点,其优异的结构性能使其在许多领域中拥有非常广泛的应用前景。但是由于其构型复杂,传统的加工工艺难以直接制备。新兴的增材制造技术是一种革命性的制造手段,具备制造任意复杂构型的能力,能够实现点阵结构的快速制备。同时,大量研究表明非均质的结构往往比均质结构具有更加优异的性能,因此通过对均质点阵结构进行优化设计获得非均质的点阵结构是非常有意义的。针对以上背景,本文以点阵结构为研究对象,提出了一种点阵结构的构造方法及其参数化描述,并提出了几种非均质点阵结构的优化设计方法。具体研究内容和成果包括:（1）基于有限元网格的增材制造点阵结构构造方法。本文提出了一种基于有限元网格的增材制造点阵结构建模方法,可以实现大型点阵结构的快速构造。在建模方法中,采用网格剖分技术对给定几何结构进行离散,获得单元和节点信息。为方便信息读取,本文发展了一种基于单元类型,单元节点及节点连接关系的点阵结构参数化描述格式。选定一种单胞结构,确定杆件连接关系,初始点阵结构可以通过在每个有限元网格中构造选定的点阵单胞结构来完成组装。此外,可以通过移动网格节点和改变杆件的横截面积来修改点阵结构。基... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 面向增材制造的点阵结构设计及优化研究现状
        1.2.1 点阵结构复杂几何边界适应性问题
        1.2.2 点阵结构优化设计研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 基于有限元网格的增材制造点阵结构构造方法
    2.1 引言
    2.2 基于有限元网格的点阵结构构造方法
        2.2.1 基于有限元网格的点阵结构构造方法
        2.2.2 参数化调整
        2.2.3 点阵结构参数化描述
    2.3 基于APDL语言的点阵结构构造方法参数化实现
    2.4 小结
3 基于杆件截面积优化的非均质点阵结构优化设计方法
    3.1 引言
    3.2 基于MIST方法的点阵结构杆件截面积尺寸优化方法
        3.2.1 MIST方法简介
        3.2.2 点阵结构杆件截面积尺寸优化方法
    3.3 数值算例
        3.3.1 二维算例
        3.3.2 三维算例
    3.4 空心圆台平压实验
        3.4.1 实验模型
        3.4.2 实验结果
    3.5 小结
4 基于杆件截面积与单胞疏密分布优化的非均质点阵结构设计
    4.1 引言
    4.2 基于杆件截面积与单胞疏密分布优化的非均质点阵结构设计方法
        4.2.1 基于MIST方法的点阵结构疏密分布分组优化策略
        4.2.2 点阵结构疏密分布与杆件截面积协同优化方法
    4.3 数值算例
        4.3.1 二维算例
        4.3.2 三维算例
    4.4 小结
5 微结构可连接的非均质shell-infill结构优化方法
    5.1 引言
    5.2 微结构可连接的非均质shell-infill结构优化方法
        5.2.1 涂层拓扑优化方法简介
        5.2.2 一种基于响应函数面的拓扑类似微结构优化方法
        5.2.3 非均质shell-infill结构优化方法步骤
    5.3 数值算例
        5.3.1 算例1:MBB梁结构
        5.3.2 算例2:悬臂梁结构
        5.3.3 算例3:多载荷梁结构
    5.4 小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能大型金属构件激光增材制造:若干材料基础问题[J]. 王华明.  航空学报. 2014(10)
[2]大型钛合金结构件激光直接制造的进展与挑战(邀请论文)[J]. 王华明,张述泉,王向明.  中国激光. 2009(12)



本文编号：3226810