基于尺寸优化的增材制造支撑结构设计方法研究
本文选题:增材制造 + 支撑结构 ; 参考:《华中科技大学》2015年硕士论文
【摘要】:近年来,增材制造技术越来越受到人们的关注,其在航空航天、医疗、军事消、费品、工艺品等市场得到了广泛的运用。到2014年世界范围内增材制造的产值规模达已经到40亿美元,其增速也在加快,国内的产值有8到9亿元人民币,可以看出增材制造行业有很大的前景,并且我国该产业还具有很大的潜力。支撑结构的设计在增材制造过程中具有重要意义,在成型的过程中起到保证零件稳定性以及位置精度、防止零件翘起变形的作用,因此对增材制造中支撑结构设计方法进行研究,很有必要和意义。本文的研究内容主要分两个步骤,成型方向的优化研究和支撑结构的设计研究。在增材制造中零件的成型方向,会很大程度上影响零件支撑结构的设计。本文首先对零件的成型方向优化进行了研究。通过对目前经常采用优化目标进行分析,改进支撑结构数量的优化目标模型,使得其更加科学合理。然后运用遗传算法,对三个目标进行了单目标和多目标的优化。同时对遗传算法的求解过程进行了改进,提高了算法的运算速度。其次在支撑结构的设计首次中加入了尺寸优化的思想,提出了基于尺寸优化的增材制造支撑结构设计方法。该支撑设计方法能够根据零件在不同部位的结构特征,生成相应的支撑结构形式,这在一定程度上能够节省成型材料。然后在Matlab中,采用STL的文件格式对提出的方法进行了编程实现。最后通过工程实例对本文的优化方法和支撑设计方法进行了验证。验证结果说明了提出的方法的正确性和有效性。通过本文的研究增材制造中成型方向的优化模型更加合理,遗传算法的求解速度加快,同时生成的支撑结构更加合理。
[Abstract]:In recent years, more and more attention has been paid to the technology of material augmentation, which has been widely used in aerospace, medical, military, goods, crafts and other markets. By 2014, the output value of increased material manufacturing worldwide has reached US $4 billion, and its growth rate is also accelerating. The domestic output value is between 800 million yuan and 900 million yuan. It can be seen that the industry of increased material manufacturing has a great prospect. And our country this industry still has very big potential. The design of the supporting structure is of great significance in the process of material increasing and manufacturing. In the process of forming, the design of the supporting structure can ensure the stability and position accuracy of the parts and prevent the parts from warping and deforming. Therefore, it is necessary and meaningful to study the design method of support structure in material increasing manufacture. The research content of this paper is divided into two steps: the optimization of forming direction and the design of supporting structure. The forming direction of the parts will greatly influence the design of the supporting structure of the parts. In this paper, the optimization of the forming direction of the parts is studied. The optimization objective model of support structure is improved to make it more scientific and reasonable. Then genetic algorithm is used to optimize the three objectives. At the same time, the solving process of genetic algorithm is improved, and the calculation speed of the algorithm is improved. Secondly, the idea of dimension optimization is added to the design of bracing structure for the first time, and the design method of adding material manufacturing bracing structure based on dimension optimization is put forward. According to the structural characteristics of the parts in different parts, the support design method can generate the corresponding supporting structure form, which can save the molding materials to some extent. Then in Matlab, STL file format is used to program the proposed method. Finally, the optimization method and support design method are verified by an engineering example. The results show that the proposed method is correct and effective. Through the research of this paper, the optimization model of forming direction is more reasonable, the solving speed of genetic algorithm is faster, and the supporting structure is more reasonable.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:F424
【参考文献】
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,本文编号:1986479
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