[发明专利]空间框架构造套件和空间框架

说明书

本发明涉及空间框架构造套件和空间框架。所述空间框架构造套件包括多个增材制造的空间框架杆和多个连接器，所述空间框架基于通过以下步骤所产生的桁架模型：以几何边界表示法构造载荷应力图；在设计空间中定义多个附接点和载荷施加点；在设计空间中创建附接点与载荷施加之间的互连线的起始网络；将载荷施加因素分配给互连线的起始网络的每条线；产生多个潜在空间框架设计；评价多个潜在空间框架设计中的每个关于多个预先确定的优化参数的性能得分；将性能得分高于预先确定的性能阈值的潜在空间框架设计的选择参数组合起来；以及基于组合的选择参数重复产生潜在空间框架设计和评价潜在空间框架设计的步骤。

技术领域

本发明涉及空间框架构造套件和用计算机实现方法设计的空间框架构造套件构造的空间框架。

背景技术

工程施工(例如，在航空、土木工程或建筑中)的梁、桁条和框架被设计成承受垂直于各个梁的延伸方向作用的弯曲力。传统梁可以作为与边缘的凸缘以及跨在凸缘之间的腹板作为整体部件实现。或者，可在平行延伸的纵向支撑条之间实现刀具滚花的支柱(cuttermilled struts)，而不是腹板，由此导致梁重量下降，因为形成梁所用的材料更少了。

为了减轻飞机上的重量，已经做了若干尝试来优化飞机结构组件的设计。例如，文献WO 2014/111707 A1公开了一种设计物体的方法，包括对与该物体对应的数字模型就已经确定在使用该物体的过程中经受相对较高的应力的部分进行分析。使用这些高应力区域来确定物体的哪部分要采用增材制造(AM)工艺生产以及物体的哪部分要采用不同的合适工艺例如加工工艺生产。文献DE 10 2010 064 100 A1公开了用于分隔飞机的机舱区域的隔断壁，其具有夹心状表面结构。

根据预定的设计标准设计结构物体的结构拓扑优化法例如已经公开在了文献WO2007/076357 A2中。

文献US 2009/0224103 A1公开了飞机上的隔断壁，其包括由单独形成的系统组件构成的支撑元件和由该支撑元件支撑的用于形成区域成形的隔断壁的张力安装材料。

然而，需要在保持机械稳定性和有效承载应力引起的载荷的能力的同时具有更小的整体重量的飞机结构组件。

发明内容

因此，本发明的一个目是提供用于优化飞机结构组件的结构拓扑的方案，以减小建造所述组件所需的材料的量。

该目的是通过本发明提供的空间框架构造套件、空间框架和飞机结构组件实现的。

本发明公开的第一方面涉及用于空间框架设计的计算机实现方法，该方法包括以下步骤：以设计空间的几何边界表示法构造载荷应力图；在设计空间中定义多个附接点和载荷施加点；在设计空间中创建多个附接点和载荷施加点中的每两个之间的互连线的起始网络；基于载荷应力图的值将载荷施加因素分配给互连线的起始网络的每条线；通过根据可变选择参数选择性地挑选每个潜在空间框架设计的互连线的起始网络的不同线子集产生多个潜在空间框架设计；评价多个潜在空间框架设计中的每个相对于多个预先确定的优化参数的性能得分；将性能得分高于预先确定的性能阈值的潜在空间框架设计的选择参数组合起来；以及基于组合的选择参数重复产生潜在空间框架设计和评价潜在空间框架设计的步骤。

根据本发明公开的第二方面，空间框架构造套件包括：根据本发明公开的第一方面设计的多个空间框架杆和用于将多个空间框架杆连接到空间框架上的多个连接器。

根据本发明公开的第三方面，空间框架包括根据本发明公开的第一方面设计的多个空间框架杆。

根据本发明公开的第四方面，飞机结构组件包括：具有承重的空间框架杆的空间框架结构的基本为平面的芯板，其中每个空间框架杆是根据本发明公开的第一方面设计的。

根据本发明公开的第五方面，计算机可读存储介质包括计算机可执行指令，当在数据处理装置上执行时，该计算机可执行指令使该数据处理装置执行根据本发明公开的第一方面的计算机实现方法。