[发明专利]一种基于场数据驱动的点阵模型多相强化优化方法

说明书

本发明公开了一种基于场数据驱动的点阵模型多相强化优化方法，具体为1)构建单一晶格类型的初始点阵模型；2)获取该点阵模型的应力场数据信息；3)计算初始点阵模型中每个胞元的等效应力值；4)对各胞元等效应力值的归一化处理；5)区分需要强化处理的胞元和不需要强化处理的胞元，将需要强化处理的胞元的拓扑关系进行二次拓扑，不需要强化处理的胞元维持原有的拓扑关系，从而实现对点阵模型的强化。本发明使得优化模型中各胞元的属性特征与初始点阵模型在受载时的应力场数据信息之间建立了较好的匹配关系，本发明设计的多相强化点阵模型为均质点阵结构力学性能优化提供了一个较为新颖的视角。

技术领域

本发明属于增材制造领域。

背景技术

增材制造技术的快速发展使得同时兼备超轻、高强等优异力学性能和降噪、散热等特殊性能的点阵结构迅速崛起，其为零部件的轻量化设计提供了新方法和途径。但均质点阵结构往往存在力学性能不能充分发挥的问题。

现阶段为改善点阵结构力学性能的方案主要有以下几类：

1)基于场数据驱动的变密度点阵结构优化设计方案；

2)基于主应力线驱动的共形点阵结构优化设计方案；

3)通过调控晶胞尺寸和数量的多层级点阵结构优化设计方案；

4)宏观拓扑优化与微观尺寸优化相结合的多尺度点阵结构优化设计方案；

5)基于“萤火虫”算法的晶胞优化设计方案

上述各方案在实现其优化的过程中往往只有一种晶格类型，而单一晶格类型的点阵结构，特别是单一晶格类型的均质点阵结构，其在受载时往往会出现局部高应力剪切带，导致其在载荷超过屈服强度时会发生快速的、不可逆的破坏性失效，致使承载能力急速下降。

发明内容

发明目的：为解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于场数据驱动的点阵模型多相强化优化方法。

技术方案：本发明提供了一种基于场数据驱动的点阵模型多相强化优化方法，具体包括如下步骤：

一种基于场数据驱动的点阵模型多相强化优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一：构建单一晶格类型的初始点阵模型；

步骤二：获取步骤一中初始点阵模型的应力场数据信息；

步骤三：将步骤二中的应力场数据映射至初始点阵模型的各节点上，同时依据初始点阵模型的原有拓扑关系和各节点对应的应力场数据，计算初始点阵模型中每个胞元的等效应力值；

步骤四：对步骤三中每个胞元的等效应力值进行线性插值，从而实现对各胞元等效应力值的归一化处理；

步骤五：基于预设的线性插值因子区分需要强化处理的胞元和不需要强化处理的胞元；将需要强化处理的胞元的拓扑关系进行二次拓扑，使得拓扑后的胞元的力学性能优于拓扑前的胞元的力学性能，不需要强化处理的胞元维持原有的拓扑关系，从而实现对点阵模型的强化。

进一步的，所述步骤二中对初始点阵模型进行单轴压缩实验的有限元仿真分析，从而获取该点阵模型的应力场数据信息。

进一步的，所述有限元仿真采用两块刚体板分别模拟压缩试验机的压头和底座，初始点阵模型设置在该两个刚体板之间，且与两个刚体板相互接触，初始点阵模与两个刚体板之间的接触为通用接触；模拟压缩试验机底座的刚体板完全固定，模拟压缩试验机压头的刚体板能够竖直运动，其他方向完全固定。

进一步的，所述步骤三中计算初始点阵模型中每个各胞元的等效应力值具体为：根据初始点阵模型的原有拓扑关系获取每个胞元中的所有节点，根据该胞元中节点的个数和每个节点对应的应力场数据，计算应力场数据平均值，将该平均值作为该胞元的等效应力值。