[发明专利]根据材料属性的自定义元胞晶格核的计算机辅助设计

说明书

本发明公开了用于生成元胞晶格核的方法和系统，其通过用于几何形状和拓扑结构的高度特定针对属性的多个目标，而不是依赖于预定核库的现有技术方法来优化。使用虚拟核特征的表征，可以使用来自虚拟核的近似来预测块体材料属性，而不必仅依赖于晶格结构的实验有限元模拟。

技术领域

本申请涉及计算机辅助设计。更具体地，本申请涉及针对几何形状和拓扑结构优化设计自定义元胞材料。

关于联邦政府赞助研究或开发的声明

本发明在政府的支持下完成并被美国国防部高级研究计划局(DARPA)授予政府优质奖序号：HR0011-17-2-0015。政府对本发明拥有一定权利。

背景技术

元胞晶格材料是一类有吸引力的材料，其例如通过增材制造工艺促进超轻固体部件的构造。除了大大减少材料的使用和重量，元胞晶格还具有可调的优点，因为它们的形状与其内部结构无关。通常根据给定的一组材料属性来设计元胞晶格结构。

在元胞晶格的计算机辅助设计过程中，核是定义其拓扑结构的晶格的基本单位。可以生成虚拟晶格，该虚拟晶格由以一致的方式在空间中镶嵌的核的许多实例组成。

工程晶格材料的当前实践涉及从预定义的晶格核的小型库中选择一个核，同时专注于优化几何参数(例如，桁架直径和节点位置)而不是拓扑。已经开发了一些有限范围的拓扑优化，但是不能提供根据期望的材料属性自定义的晶格核。

发明内容

本发明公开了用于计算机辅助设计元胞晶格核的方法和系统，元胞晶格核通过针对几何形状和拓扑的高度特定目标属性的多目标，而不是依赖于预定义核库的现有技术方法来优化。在一方面，用于生成自定义的元胞晶格核的计算机辅助设计系统包括其上存储有多个应用模块的存储器，以及用于执行应用模块的处理器。这些模块包括基因组引擎，该引擎定义由在几何方向上互连的并具有拓扑结构的节点和杆组成的核空间体积单元的特征的基因组。该基因组由二进制代码表示，并且被配置为定义初始基因组序列。基因组引擎包括转化模块，该转化模块从基因组生成核候选，该核候选包括根据对激活的基因组特征的布尔转化的特征。从相应的新基因组序列生成多个新的核候选，在新的核生成迭代中生成每个新的核候选。这些模块还包括预测引擎，该预测引擎针对每个核候选运行基于机器学习的预测模型，以针对每个核候选的未构造晶格产生晶格结构属性的近似预测。预测引擎包括表征模块，该表征模块生成每个核候选的表征，作为每个核候选的几何和拓扑测量的唯一定量描述，其中晶格结构属性的近似预测是表征的函数。这些模块还包括具有评估模块的适应度评估器，评估模块基于目标属性值与预测属性值之间的差来生成预测模型的评估得分，其中通过关于与先前核生成迭代的核候选相关联的评估得分将该评估得分进行排序来评估每个核候选的适应度。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本发明的前述和其它方面。为了说明本发明，在附图中示出目前优选的实施例，然而应当理解，本发明不限于所公开的具体技术手段。附图中包括以下附图：

图1示出根据本公开实施例的计算机辅助设计系统的示例的流程图，该计算机辅助设计系统执行具有目标材料属性的自定义元胞晶格核生成；

图2示出根据本公开实施例的基因组到核的转化的示例；

图3示出根据本公开实施例的用于预测晶格实例的块体材料属性的表征的定量测量的示例集合；

图4示出根据本公开实施例的模拟晶格结构构造和测试的示例；以及

图5示出可以在其中实现本公开实施例的计算环境的示例。

具体实施方式