[发明专利]基于Grasshopper的复杂变密度多孔结构建模方法

说明书

本发明公开了一种基于Grasshopper的复杂变密度多孔结构建模方法，该方法包括下述步骤：采用Grasshopper构建由体素填充的空间框架，构建多孔结构单胞并填充到体素中得到网格面；统一网格面法向量方向，复制网格面并反转复制所得网格面法向量，生成两组偏移距离，网格不同部位对应的偏移距离不同；偏移网格面并删除原网格面，生成连接网格连接两个偏移所得网格面，焊接所有网格得到封闭的变密度多孔结构网络模型；柔化封闭的变密度多孔结构网络模型得到细化后的封闭变密度多孔结构网络模型。本发明通过改变参数能自动地、快速地得到不同孔隙率，不同变密度形式的多孔结构模型，适用于多种基本单元。

技术领域

本发明涉及面向3D打印的多孔结构建模技术领域，具体涉及一种基于Grasshopper的复杂变密度多孔结构建模方法。

背景技术

多孔结构是一种贯通或封闭的孔洞构成的网格结构，由于其具有较高的强度重量比和较好的冲击吸收性能，被广泛应用于航天航空、汽车工业、桥梁建筑等领域。随着增材制造(3D打印)技术的发展，多孔结构的制造变得更加简单高效。为了充分发挥多孔结构轻质、高强度的优势，其力学性能、材料分布设计一直是轻质材料结构领域研究的热点。

研究者们发现均匀的多孔结构在受到不同载荷的情况下，其材料分布不一定是最优分布。理论上，应该根据多孔结构受载荷情况优化多孔结构的材料分布，这样设计出的变密度多孔结构将极大地提高多孔材料的性能。因此需要寻找一种能自动地、快速地且几何参数可控的变密度多孔结构模型设计方法。

Grasshopper(简称GH)是Rhino软件环境下运行的采用程序算法生成模型的插件，与传统建模工具相比，GH的最大特点是可以向计算机下达更高级更复杂的逻辑建模指令，使计算机根据拟定的算法自动生成模型结果，最后可以在Rhino软件中Bake出最后的实体网格模型，可以输出为.stl文件。多孔结构模型的构建技术已经有不少，但是复杂变密度多孔结构中孔隙率范围达0.1-0.9且变密度形式多样的参数可控自动构建技术尚未存在。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种基于Grasshopper的复杂变密度多孔结构建模方法，本方法解决了目前变密度多孔结构构建的单一性、构建难度大、局部参数化、可控性较差等不足，在开发复杂变密度多孔结构模型上有着极大的便利性和可操作性。

本发明的第二目的在于提供一种基于Grasshopper的复杂变密度多孔结构建模系统。

本发明的第三目的在于提供一种存储介质。

本发明的第四目的在于提供一种计算设备。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于Grasshopper的复杂变密度多孔结构建模方法，包括下述步骤：

采用Grasshopper构建用于填充多孔结构的空间框架，并在空间框架中填充入体素；

采用Grasshopper构建多孔结构单胞；

将多孔结构单胞填充到所述空间框架中的每个体素中，得到网格面；

采用Grasshopper统一所述网格面的法向量方向，复制所述网格面并反转复制所得网格面的法向量方向；

采用Grasshopper生成与所述网格面、反转网格面分别对应的两组偏移距离，并且网格面不同部位对应的偏移距离数值不同；

根据两组偏移距离沿两个网格面法向量方向分别偏移两个网格面，得到不同部位相距不同距离的两个网格面；

生成连接两个网格面边缘的网格，焊接所有网格得到封闭的变密度多孔结构网格模型；

对封闭的变密度多孔结构网格模型进行柔化，得到细化后的封闭变密度多孔结构网格模型。