[发明专利]一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法

权利要求书

1.一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：当目标件对内部各个区域的工作环境温度有不同要求时，对三维模型内不同区域的温度进行控制和优化，具体步骤如下：

步骤1，根据Gyroid结构的形貌变化特性，生成不同密度下的Gyroid晶格结构单胞，并对不同密度下的Gyroid单胞结构的热阻值进行记录；拟合得到Gyroid晶格结构的关键值—热阻对应关系；

步骤2：导入要优化设计的目标模型，对目标模型进行预处理，用均匀密度的Gyroid结构填充、三维模型网格剖分、热工况条件加载及有限元仿真求解分析，得到模型的热分布数值云图；

步骤3：根据三维空间内的温度数值对模型内部进行区域划分及各区域分类，设立关键值的取值区间，根据上一步得到的模型内部温度分布情况，结合步骤1统计的关键值—热阻对应关系，计算出理想状况下的模型内部各区域分配的关键值大小和热阻大小，形成一组数据；

步骤4：根据三维模型热阻大小等效关系式，根据步骤3得到数据中各区域热阻的大小，计算优化模型的整体热阻大小进行记录，调整关键值的取值区间，再次进入步骤3的迭代循环，当关键值的上下限分别到达Gyroid结构限制的上下限时，结束循环；

步骤5：比较迭代循环过程得到的各组数据，取整体热阻值最大的模型的内部区域关键值的分布，以MC成型算法进行模型建模，得到目标模型优化后的具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构；

所述的步骤2的具体流程如下：

步骤2.1，导入目标模型的三维拓扑信息数据，对要进行优化的目标件予以均匀Gyroid结构的填充；

步骤2.2，根据目标模型的热应用要求或热工作条件，对四面体网格模型设定施加热载荷和约束条件，然后进行有限元仿真分析，得到模型工作时的热分布云图及内部各区域温度值大小。

2.如权利要求1所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤1的具体流程如下：

步骤1.1，建立Gyroid结构的基础函数式并加以成型，分析Gyroid结构隐式函数式中的关键值与Gyroid结构形貌特征的对应关系，通过调整关键值，构建不同密度大小的Gyroid类型的晶格单胞；

步骤1.2，根据热阻的数学式定义设计Gyroid单胞的热阻大小计算方法；

步骤1.3，获取Gyroid曲面的热性能变化规律，通过计算不同关键值下的Gyroid单胞结构热阻值，记录Gyroid晶格结构的关键值—热阻对应关系。

3.如权利要求2所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤1.2中，所述的Gyroid单胞的热阻大小计算方法包括分层计算方法。

4.如权利要求1所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤2.2中对要进行优化的目标件予以均匀Gyroid结构的填充通过MC成型算法和布尔运算实现，接着对填充后的结构进行四面体网格剖分。

5.如权利要求1所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤3的具体流程如下：

步骤3.1，获得步骤2.2得到的有限元分析结果，根据三维空间内的温度数值对模型内部进行区域划分及各区域分类；

步骤3.2，设立关键值的取值区间，根据温度数值的分布情况，给每个体素区域进行由温度值到关键值的插值映射，记录每个区域的值；

步骤3.3，结合步骤1中得到的关键值—热阻对应关系，映射出各个体素区域内的热阻值的大小。

6.如权利要求5所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤4的具体流程如下：

步骤4.1，根据模型热阻的排布规律，确定模型整体热阻的计算方法，根据步骤3.2中得到的各区域热阻的大小计算整体热阻大小；

步骤4.2，调整关键值的取值区间，返回步骤3.2，重复操作直到关键值取值区间的上下限到达Gyroid结构限制的上下限。

7.如权利要求6所述的一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，其特征在于：所述的步骤4.1中模型整体热阻的计算方法为热流通过模型时将按最小热阻力原则，在单元体内遇到不同热阻大小时将以不同路径分流经过；

将每个体素单元视为热阻单元，根据热传导的方法，按照先垂直后平行的顺序，进行热阻及其导热系数的计算。