[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

说明书

本发明是一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，首先得到Gyroid晶格结构的关键值t—热阻R_G对应关系；接着得到模型的热分布数值云图；进一步根据模型三维空间内的温度数值对模型内部进行区域划分，计算出理想状况下的模型内部各区域分配的关键值t大小和热阻R_G大小，形成一组数据；接着通过调整关键值t的取值区间，进入上一步的迭代循环，直至关键值t到达限制的上下限；最后比较迭代循环过程得到的各组数据，取整体热阻值R₀最大的模型的内部区域关键值t的分布，并进行模型建模。通过该种设计方法得到优化后的具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构，能够实现热工况条件下复杂模型的高实用性、高适应性的优化设计。

技术领域

本发明涉及增材制造与优化设计技术领域，具体的说是一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法。

背景技术

点阵结构又称晶格结构，相比固体材料，由于其结构特点，本身具有很多独特的功能特性：轻质高强、防热隔热、吸波减振等等。且设计出的模型可直接通过3D打印技术输出实体模型，因此近些年来逐渐成为3D打印的重点设计对象。

目前关于点阵结构热性能的研究，多集中于模型件的力性能优化上。关于热性能的研究多为二维、单向的，通过起点面与终点面的热量差值判断点阵结构隔热散热性能的好坏，探索点阵结构直接传热的优化方向。

当研究的目标件是对其内部各个区域的工作环境温度有不同要求时，如何对三维模型内不同区域的温度进行控制和优化，成为模型优化设计领域亟待解决的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有隔热功能的变密度Gyroid晶格结构设计方法，针对三维变密度隔热晶格结构，提供了一种对其内部各个区域的工作环境温度有不同要求条件时的复杂模型优化设计方法，具有高实用性和高适应性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

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t—热阻R_G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t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t—热阻R_G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t大小和热阻R_G大小，形成一组数据；

步骤4：根据本发明设计的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R_G的大小，计算优化模型的整体热阻R₀大小进行记录，调整关键值t的取值区间，再次进入步骤3的迭代循环，当关键值t的上下限分别到达Gyroid结构限制的t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R₀最大的模型的内部区域关键值t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1的具体流程如下：