一种基于增材制造的梯度壁厚TPMS多孔结构的建模方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115774889A(43)申请公布日2023.03.10(21)申请号202211505748.8(22)申请日2022.11.28(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人孙国芹朱佳琦米广铭仇雷李欢(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203专利代理师张立改(51)Int.Cl.G06F30/10(2020.01)G06F113/10(2020.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称一种基于增材制造的梯度壁厚TPMS多孔结构的建模方法(57)摘要一种基于增材制造的梯度壁厚TPMS多孔结构的建模方法，属于多孔结构领域。根据TPMS结构的空间函数生成曲面，为曲面划分网格，网格上的结点首次偏生成均匀厚度的网格；选定均匀网格结构中每一个结点所在曲面的法向作为二次偏移的方向，读取坐标，取坐标原点为基准点，根据每个结点与基准点的距离，由近及远对所有结点进行排序，排序的结果对应每个结点的偏移量，偏移量和偏移方向结合形成新向量；所有结点在随着新向量二次偏移后生成新网格；越靠近结构的中心，结点的偏移量越大，结构厚度值越大，形成连续梯度壁厚的TPMS多孔结构。本发明可以通过修改参数设计不同梯度壁厚的多孔结构，适用于复杂的力学环境。CN115774889ACN115774889A权利要求书1/2页1.一种基于增材制造的梯度壁厚TPMS多孔结构的建模方法，其特征在于，首先，根据TPMS结构的空间函数生成曲面，为曲面划分网格，网格上的结点首次偏移后生成均匀厚度的网格；其次，选定均匀网格结构中每一个结点所在曲面的法向作为二次偏移的方向，并读取其坐标。然后，取坐标原点作为基准点，根据每个结点与基准点的距离，由近及远对所有结点进行排序；排序的结果对应每个结点的偏移量，偏移量和偏移方向结合形成新向量；所有结点在随着新向量二次偏移后生成新网格；越靠近结构的中心，结点的偏移量越大，结构厚度值越大，形成连续梯度壁厚的TPMS多孔结构。2.按照权利要求1所述的一种基于增材制造的梯度壁厚TPMS多孔结构的建模方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：根据TPMS结构的空间函数进行数学建模，生成结构的初始曲面，初始曲面不具有厚度；步骤2：为步骤1中生成的初始曲面划分网格；步骤3：进行第一次网格偏移，生成均匀壁厚的TPMS结构；以步骤1中生成的初始曲面作为中间面，将中间面上的网格结点沿着中间面的法向，向中间面的两侧偏移固定的距离，完成第一次网格偏移；偏移后生成的两个面上所有结点的连线组成新的网格，封闭成一个整体模型，生成均匀壁厚的TPMS结构；步骤4：为了生成厚度连续变化的梯度网格结构，均匀网格结构中的结点需要进行第二次偏移；在偏移之前，选定均匀网格结构中每一个结点所在曲面的法向为第二次偏移的方向；步骤5：根据各个结点与基准点的距离，确定均匀网格结构中各个结点的偏移量；为了生成梯度厚度的网格结构，二次偏移时，越靠近结构的中心位置的结点，偏移量越大；需要对结构中的所有结点进行排序，将排序的结果对应每个结点的偏移量。步骤6：进行第二次网格偏移，生成壁厚呈现梯度变化的TPMS结构；将步骤5中所确定的每个结点的偏移量和步骤4中确定的偏移方向结合，形成新向量；第二次网格偏移开始，均匀网格中所有结点都沿着新向量偏移到新的位置，所有结点的连线组成新网格，封闭成一个整体模型，从而形成壁厚呈现梯度变化的TPMS结构；步骤7：第二次网格偏移结束后，对网格结构进行柔化和修复，优化网格质量。3.按照权利要求2所述的一种基于增材制造的梯度壁厚TPMS多孔结构的建模方法，其特征在于，步骤5：选定多孔结构的中心，即坐标原点(0，0，0)为基准点，以各个结点与基准点的距离作为衡量标准，对结构中的所有结点由近及远进行排序；距离越近，结点排序越靠前，对应的偏移量越大。距离越远，结点排序越靠后，对应的偏移量越小；由此确定均匀网格结构中每一个结点的偏移量。4.按照权利要求2所述的一种基于增材制造的梯度壁厚TPMS多孔结构的建模方法，其特征在于，所述步骤6中，改变所述均匀多孔结构的方式包括修改所述均匀多孔结构中网格结点的坐标参数，使所述均匀多孔结构呈现厚度的连续梯度变化，结点总数不变，所述均匀多孔结构的孔数量和分布方式不变。5.按照权利要求2所述的一种基于增材制造的梯度壁厚TPMS多孔结构的建模方法，其特征在于，所述步骤6中，修改模型网格的方式是使得在整个结构中，与基准点具有相同距离处的所有结点，偏移量相同；随着与基准点的距离的减小，结点的偏移量逐渐增加，模型2CN115774889A权利要求书2/2页厚度逐渐增加，实现厚度的连续梯度变化。3CN115774889A说明书1