高效设计半规则多孔结构的变形行为控制

0 下载量 82 浏览量 更新于2024-08-26 收藏 2.54MB PDF 举报
"本文主要探讨了如何高效地设计具有所需变形行为的半规则多孔结构,利用双尺度设计方法,结合优化设计、模型简化和同质化理论,为增材制造提供理论支持。" 在工程和自然科学中,多孔材料和结构因其独特的性能和广泛的应用而受到广泛关注。它们在许多自然物体中都能找到,如骨骼、植物组织等,展现出非凡的物理和力学特性。随着增材制造技术的进步,我们现在能够精确控制地制造出这些复杂的多孔结构,但设计出具有特定变形行为的最优多孔结构仍然是一个计算复杂度极高的难题。 这篇研究论文提出了一种新颖且高效的方法来解决这一问题。该方法专注于设计一种半规则的多孔结构,其中每个给定四边形或六边形网格元素内都包含一个孔洞。这种设计策略使得结构的变形行为可以根据需要进行定制。作者通过分析表达式和优化算法,将设计过程分为几个关键步骤: 1. **模型构建**:基于给定的四边形或六边形网格布局,创建结构的基础框架,其中每个单元内部包含一个孔洞。这样的半规则结构可以模拟不同的力学响应。 2. **设计优化**:采用优化算法来调整孔洞的形状、大小和位置,以达到期望的变形行为。这可能涉及到有限元分析和其他数值方法,以预测结构在不同载荷下的行为。 3. **模型简化**:为了降低计算复杂性,研究中采用了模型简化技术,如降阶模型,将复杂的多孔结构转化为简化的代数模型,同时保持对结构性能的准确预测。 4. **同质化理论**:利用同质化理论将多孔结构的宏观行为与微尺度特征联系起来。这种方法允许将复杂的多孔结构视为均匀的材料,简化了分析和设计过程。 5. **增材制造考虑**:考虑到实际制造过程,设计阶段就考虑了增材制造的限制,确保设计的可行性,并减少制造过程中的误差。 这篇论文提供了一种创新的双尺度设计策略,旨在高效地创建具有特定变形特性的半规则多孔结构。这种方法对于优化材料利用率、提高结构性能以及在生物医学、航空航天、能源等领域实现定制化设计具有重要意义。通过结合先进的计算工具和理论,它为多孔结构的设计和制造开辟了新的可能性。