面向增材制造的仿生微结构建模及质量检测技术研究

发布时间：2021-12-09 04:14

　　随着增材制造技术的快速发展,设计过程不再受制造的约束,可以设计更多具有优良力学性能或是具有特殊功能的零部件。晶格是一类具有诸多优良力学特性的结构,具有轻质、高比强和多功能等特点,成为增材制造设计研究的热点。本文面向增材制造的晶格点阵微结构力学性能驱动的建模方法及质量检测技术进行了研究,主要的研究内容如下:（1）针对增材制件高硬度与高韧性不可共存的问题,提出了多级晶格力学性能建模方法。建立了单级和多级晶格力学分析模型,使用水平集方法实现梯度建模并解决了晶格间的连接问题,利用有限元应力云图驱动晶格孔隙率变化以实现力学性能调控,最后将该方法运用于生物模型的制作,并验证了模型的有效性。（2）针对增材制造复杂点阵镂空结构特征几何尺寸提取困难和稳定性不足等问题,提出了一种基于三维骨架特征线识别的点阵几何尺寸快速检测方法,具有较强的抗噪声能力和优良的鲁棒性。算法与高精度设备对晶格尺寸测量结果相似度约为90%,具有较高的测量准确度。（3）针对晶格点阵微结构内部杆件表面粗糙度无法测量的问题,提出基于MicroCT影像切片轮廓的增材制造晶格点阵微结构表面粗糙度检测技术,结合Harris角点检测技术将晶格上... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

骨头与竹子的多级结构示意图

（d）某类型叶片 （e）涡轮静叶片 （f）发动机内舱图 1. 2 航空金属增材制件的应用元具有易设计性，且轻质高强，研究发现晶格结构可以实现负泊多特性[8-11]，得到了军方的重视，但目前也只有少量的非承力部件扑功能结构，主要原因就是对增材制造结构的性能、尺寸缺乏标。特别是随着点阵结构的应用越来越多，增材制造的点阵结构日求也越来越高。如图 1.3 为晶格点阵结构构建的航空航天零部件复杂点阵镂空结构制件的性能符合要求，并对复杂点阵镂空结构需对其尺寸参数以及表面特征进行定量检测。a）导弹尾喷晶格隔热件 （b）超轻刚性点阵结构连接件

生微结构建模技术研究现状年，随着计算机图形学的飞速发展，网格曲面局部及整体的变形与融合等一技术的发展突破[12,13],已经在航空航天、生物医疗、仿生建模等诸多领域进行体结构非常复杂，难以直接进行建模，如何对生物体结构进行简化，实现某性成为目前发展的方向。目前仿生建模方法可以分为两类，非周期性微结构期性微结构几何建模技术。非周期性微结构几何建模技术人员为实现生物体结构的力学性能，考虑最大化地接近自然生物体结构，提像的逆向建模方法。Holdstein 等[14]针对受损骨组织，提出一种基于位置、尺理合成方法；模仿周边骨头根据拓扑和几何特征创建光滑连续且不规则的微构进行分析测试，以期获得重建骨的力学性能，图 1.4 为基于 CT 影像重建Coelho 等[15]利用并行计算的技术，从多尺度对生成的骨小梁结构进行受力分构力学模拟分析的难题。


本文编号：3529898