[发明专利]与主应力轨迹线相协调的非均匀异构胞状结构设计方法

说明书

本发明涉及一种与主应力轨迹线相协调的非均匀异构胞状结构设计方法，该方法包括如下步骤：(1)根据零件给定载荷和初始区域获取零件的主应力轨迹线；(2)根据主应力轨迹线确定与之协调的零件非均匀异构胞状结构，所述的非均匀异构胞状结构为杆件结构。与现有技术相比，本发明以主应力轨迹线为基础，结合胞状结构设计准则，以胞状结代替实体结构，在实现零件轻量化的同时提高了其机械性能，使得零件结构更加高效合理。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其是涉及一种与主应力轨迹线相协调的非均匀异构胞状结构设计方法。

背景技术

随着增材制造(Additive manufacturing,AM)技术由制造“原型”向制造“零件”转变，其诉求重点已由“几何”转向“性能”。在增材制造领域中，目前所设计的零件结构大多数都是均匀、同构的，没有充分考虑零件使用过程中的工况力流特性，所得的结构不够高效、合理。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种与主应力轨迹线相协调的非均匀异构胞状结构设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种与主应力轨迹线相协调的非均匀异构胞状结构设计方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据零件给定载荷和初始区域获取零件的主应力轨迹线；

(2)根据主应力轨迹线确定与之协调的零件非均匀异构胞状结构，所述的非均匀异构胞状结构为杆件结构。

所述的主应力轨迹线为二维主应力轨迹线。

步骤(1)具体为：

(11)根据给定载荷和初始区域对零件进行有限元分析，获得各个单元的节点应力；

(12)选择主应力轨迹线的起点，从选择的起点开始，根据各节点的应力分布绘制主应力轨迹线，每个起点对应一条主应力轨迹线。

步骤(12)具体为：

从选择的起点所在单元开始，根据各个单元中节点的应力分布生成单元连续应力轨迹线片段，拼接各单元的单元连续应力轨迹线片段生成主应力轨迹线。

步骤(2)具体为：

(21)建立零件的初始杆件结构，所述的初始杆件结构中杆件的交点为任意两条主应力轨迹线的交点；

(22)选取初始杆件结构中的某一目标杆件，选定与该目标杆件重合度误差最小的主应力轨迹线；

(23)在选定的主应力轨迹线上寻找离目标杆件距离最远的主应力轨迹线交点，选定经过该交点的主应力轨迹线为新的主应力轨迹线，确定新的主应力轨迹线与其他主应力轨迹线的交点为新的交点；

(24)根据新的交点对目标杆件进行细分获得新的杆件结构并代替目标杆件；

(25)选定新的目标杆件重复执行步骤(22)-(24)进行不断迭代直至满足终止条件；

(26)在步骤(25)的基础上，以应力或位移为约束条件进行尺寸优化，确定各杆件的直径，完成零件非均匀异构胞状结构的设计。

步骤(25)中的终止条件为零件非均匀异构胞状结构与主应力轨迹线的误差允许范围之内或者达到设定的迭代次数。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明以特定受力环境下的零件的力流特征(主应力轨迹线)为基础，结合胞状结构设计准则，以胞状结代替实体结构，在实现零件轻量化的同时提高了其机械性能，使得零件结构更加高效合理。

附图说明

图1为本发明非均匀异构胞状结构设计方法的整体流程框图；