面向3D打印的轻量化结构研究

发布时间：2024-02-03 02:40

　　相对于传统的切削去除材料技术,3D打印具有研发周期短和可定制化等优势,并且能制造传统技术无法加工的复杂几何结构。然而受限于3D打印材料成本、打印时间过长等问题,3D打印发展进入了瓶颈期。现今大多数3D打印研究主要集中在技术应用上,而对3D打印的源泉“3D模型”却相对涉及较少。模型的轻量化能节约耗材,缩短打印时间,还可以实现实心模型所不具备的物理特性。因此提出了一种面向3D打印的轻量化结构设计方法,通过对模型的轻量化这一途径来解决当前问题。以轻量化的晶格模型作为研究对象,新型3D打印格式文件为支撑,围绕模型的结构优化进行了如下研究:在阐述3D打印轻量化结构国内外研究现状的基础上,依据现有建模方法,通过对晶格结构的排列方式与偏置方式对比分析,确立了适合优化的晶格模型建模理论方法,并完善了晶格单元库。通过对新型3D打印模型的数据结构进行剖析,利用组件与可扩展的特性,将晶格元素进行内核扩展,赋予模型新的数据特征,并提出了一种基于晶格的二次几何扩展方法。依据弹性力学理论,通过有限元的分析方法确立不同晶格结构的力学特性。基于多目标结构优化方法,以晶格杆径、壳体内表面节点为设计变量,以晶格杆径、壳体...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 3D打印中的结构优化研究现状
        1.2.1 3D打印工艺研究现状
        1.2.2 3D打印模型结构研究现状
        1.2.3 3D打印数字化研究现状
    1.3 论文研究内容与构架
第二章 基于晶格结构的轻量化建模
    2.1 实体模型抽壳方法研究
    2.2 壳体模型填充方案研究
        2.2.1 晶格结构的排列方式
        2.2.2 晶格与壳体结合的偏置方式
    2.3 晶格模型的建模方法
        2.3.1 提取或生成骨架线
        2.3.2 建立晶格单元体模型
        2.3.3 晶格模型创建流程
    2.4 本章小结
第三章 基于晶格结构的几何扩展
    3.1 3MF数据架构
        3.1.1 组件结构
    3.2 晶格结构的几何扩展
        3.2.1 对象
        3.2.2 晶格元素
        3.2.3 晶格元素的二次扩展
    3.3 实验结果对比分析
    3.4 本章小结
第四章 基于弹性力学的晶格结构研究
    4.1 线性弹性问题
        4.1.1 弹性力学基本方程及边界条件
        4.1.2 有限元分析中的四面体单元
    4.2 模拟晶格矩形梁
    4.3 基于Nastran的模型仿真分析
        4.3.1 仿真分析预处理
        4.3.2 仿真分析结果云图
        4.3.3 仿真分析结果对比
    4.4 本章小结
第五章 基于晶格模型的结构优化
    5.1 晶格模型的优化问题
    5.2 晶格模型的优化方法
    5.3 晶格模型优化的数学模型
        5.3.1 晶格模型的设计区域
        5.3.2 晶格模型的设计变量
        5.3.3 晶格模型的优化目标
        5.3.4 晶格模型的优化算法
        5.3.5 均匀晶格模型的研究
    5.4 晶格模型优化后的对比分析
        5.4.1 与均匀晶格模型对比
        5.4.2 与实体模型对比
        5.4.3 3D打印结果对比分析
    5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
个人简历



本文编号：3893571