软件影响6（2020）100035软件更新更新（2.0）到MiniSurf-用于有限元建模和增材制造Meng-Ting Hsieha，谢孟婷，Lorenzo Valdevita，ba美国加州大学欧文分校机械和航空航天工程系，CA 92697b美国加州大学欧文分校材料科学与工程系，邮编：92697A R T I C L E I N F O保留字：三周期极小曲面（TPMS）有限元建模（FEM）增材制造（AM）计算机辅助设计（CAD）文件3D打印结构化材料A B标准这是PII的更新：S2665963820300178。我们提出了我们的最小表面生成器MiniSurf v1.0的更新版本v2.0，它可以为有限元建模和增材制造创建三重周期最小表面（TPMS）计算机辅助设计（CAD）文件。除了使GUI更加用户友好之外，在这个新版本中，我们还通过引入网格平滑功能，显着提高了生成的CAD文件的网格质量。与此新的平滑功能，MiniSurf v2.0现在可以生成高质量的CAD文件，用于更精确的有限元建模和更精确的增材制造。代码元数据当前代码版本v2.0用于此代码版本的代码/存储库的永久链接https://github.com/SoftwareImpacts/SIMPAC-2020-40可再生胶囊的永久链接https://codeocean.com/capsule/1851964/tree/v2法律软件许可证MIT使用的代码版本控制系统使用Matlab的软件代码语言、工具和服务编译要求、操作环境、依赖关系（如果可用）开发人员文档/手册链接问题支持电子邮件mengtinh@uci.edu和Valdevit@uci.edu软件元数据当前软件版本v2.0此版本可执行文件的永久链接https://github.com/mengtinh/MiniSurf_v2.0可再生胶囊的永久链接https://codeocean.com/capsule/1851964/tree/v2法律软件许可证MIT计算平台/操作系统Microsoft Windows安装要求依赖关系Matlab如果可用，用户手册链接-如果正式出版，请在参考列表https://github.com/mengtinh/MiniSurf_v2.0/blob/master/User%20Manual.pdf问题支持电子邮件mengtinh@uci.edu和Valdevit@uci.edu原文DOI：https://doi.org/10.1016/j.simpa.2020.100026。本文中的代码（和数据）已由Code Ocean认证为可复制：（https://codeocean.com/）。更多关于生殖器的信息徽章倡议可在https://www.elsevier.com/physical-sciences-and-engineering/computer-science/journals上查阅。∗ 通讯作者。电子邮件地址：mengtinh@uci.edu（M.- T. Hsieh）。https://doi.org/10.1016/j.simpa.2020.100035接收日期：2020年9月13日;接收日期：2020年9月16日;接受日期：2020年9月18日2665-9638/©2020作者。由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表软件影响杂志 首页：www.journals.elsevier.com/software-impactsM.- T. Hsieh和L. 瓦尔代维特软件影响6（2020）1000352������1个���1. 介绍Fig. 1. 显示MiniSurf v2.0 GUI，平滑功能以红色突出显示。3. 新优势和影响概述我们在MiniSurf v1.0中讨论的主要限制之一是生成具有次优网格的CAD文件（基于3D均匀网格点的非常复杂拓扑的网格化产生的长而窄的三角形小面）[1]。低质量网格通常会导致有限元模拟中局部应力场的预测不准确（尤其是在估计植入物中的峰值应力时[2]或使用局部失效标准时，例如在多孔材料的断裂韧性建模[3为了解决这个问题，我们添加了网格平滑功能，该功能以前用于获得平滑的基于旋节壳的结构[42. 平滑算法和特征网格平滑算法基于[8]中详细描述的拉普拉斯平滑，并在下面简要描述���′=1������∑我们之前展示了MiniSurf v1.0可以有效地创建19个常见TMPS的CAD（由许多三角形小平面组成的网格）文件，用于有限元建模和增材制造。这些TPMS在多学科领域[9MiniSurf v2.0旨在通过整合第2节中详述的拉普拉斯平滑[18，21]功能来解决这一挑战。我们强调MiniSurf v2.0相对于v1.0的优点如下：（1）用户可以控制生成网格的平滑度，从而控制底层网格的曲率。(2)网格平滑是高度并行化的（默认情况下最多六个处理器）。一个精细的网格表面（300 × 300 × 300三角形小平面）可以在三秒钟内平滑。（3）最重要的是，现在生成的TPMS CAD文件具有高质量的网格，可实现更精确的有限元建模1.最���大值′1∑以及更精确的增材制造。MiniSurf v2.0目前正用于以下进行中的项目：������=���=1������中国（2.2）超高速撞击夹层TPMSs的SPH模型。我们取代了传统的惠普尔盾设计（前保险杠和���′=1������∑背板）与夹在中间的原始TPMS（平滑且其中，N是相邻节点i的总数，每个相邻节点i通过单个网格边连接到网格节点j;���“、���"和���”是网格节点j的新的x、y和z坐标������，分别通过取���������������节点i的������当前x、y和z坐标的平均值得到。为了保持生成的TPMS网格的周期性，仅对内部网格节点应用拉普拉斯平滑，因此边界节点保持不变。如图所示，平滑算法包含在GUI左侧控制面板的平滑按钮中。1.一、 请注意，每次按下按钮， 它相当于应用方程（2.1）、（2.2）和（2.3）六次（这通常已被发现在给定网格的光滑度和收缩率之间产生最佳平衡），如图2所示。二、根据用户的判断，可以迭代地对生成的三周期最小曲面（TPMS）网格执行网格平滑。平滑算法也是并行化的（目前设置为六个处理器或更少，取决于其可用性），以有效计算平滑网格。此外，我们通过添加如图1所示的“导出CAD”按钮来解耦GUI中的可视化和CAD文件生成，使用光滑粒子流体力学（遵循[22]中的类似程序）对空间碎片（以速度为6公里/秒的球形抛射体为代表）进行了模拟。(b)三维多孔材料的断裂韧性-最小表面拓扑结构与支柱拓扑结构。我们通过对单边缺口弯曲（SENB）试样进行J积分的有限元计算（数值方法详见[3]），研究了原始TPMS（由MiniSurf v2.0我们预计MiniSurf v2.0将在多学科领域产生影响，就像MiniSurf v1.0一样，因为最近人们对构建具有TPMS拓扑结构的新型多功能材料的兴趣越来越大。 此外，通过高质量的CAD文件（由MiniSurf v2.0平滑和生成），研究人员现在可以进行更准确的有限元预测和更精确的原型设计，以更好地设计材料。4. 结论在这项工作中，我们添加了网格平滑功能的基础上，拉普拉斯平滑到我们以前开发的软件MiniSurf。现在可以使用用户控制的平滑网格高效地创建TPMS CAD文件，以实现更精确的有限元建模和声音���由MiniSurf v2.0生成）。然后我们模拟超高速撞击M.- T. Hsieh和L. 瓦尔代维特软件影响6（2020）1000353图二、（a）未平滑的 回转体网格和（b）平滑的 回转体网格的 插 图 ，红 色 矩 形 框 中 显 示 了放大区域。增材制造在未来，我们将继续解决MiniSurf v1.0中提到的剩余限制[1]。此外，我们将定期向现有的TPMS库中添加新的TPMS竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作引用[1]M.- T.谢湖Valdevit，Minisurf -用于有限元建模和增材制造的最小曲面生成器，Softw.影响。6（2020）100026，http://dx.doi.org/10.1016/j.simpa.2020.100026。[2]谢梦婷，Baumann安德鲁，CDMI座谈会系列（2020年）。https://www.researchgate.net/publication/344454026_Developing_Best_Practices_for_Finite_Element_Analysis_of_Intervertebral_Body_Fusion_Devices，http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.27940.71042（出版中）。[3]M.- T.谢国忠德什潘德湖Valdevit，计算多孔材料断裂韧性和R曲线的通用数值方法，J.Mech.Phys.固体138（2020）103925，http://dx.doi.org/10.1016/j.jmps.2020.103925。[4]M.- T.谢湾，巴西-地Endo，Y. Zhang，J.Bauer，L. Valdevit，具有亚稳拓扑结构 的 细 胞 材 料 的 机 械 响 应 ， J.Mech. Phys. Solids 125 （ 2019 ）401http://dx.doi.org/10.1016/J.JMPS.2019.01.002[5]M.- T. Hsieh ， STL 和 Abaqus 输 入 文 件 格 式 的 Spinodal 实 体 和 壳 CAD 文 件 ，Mendeley Data。（2020）http://dx.doi.org/10.17632/84cg6f23b2.2。[6]Y.张曼- T.谢湖Valdevit，3D打印互穿相复合材料的机械性能与spinodal拓扑，复合材料。结构。（2020年）。[7]M.- T.谢国忠<英>来华传教士。贝格利湖Valdevit，用于长骨的建筑植入物设计：最小表面拓扑结构的优势，2020年。[8]G.A. Hansen，R.W. Douglass，A.扎德克，梅希。增强，网格增强，帝国学院出版社出版，世界科学出版公司发行，2005，http://dx.doi.org/10.1142/p351。[9] S.C. Han，J.M.崔湾，澳-地Liu，K. Kang，具有Schwarz D表面的微观壳结构，Sci. Rep. 7 （ 2017 ） 1 http://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-13618--8 ，www.example.com 3.[10] Z. Qin，G.S. Jung，M.J. Kang，M.J. Buehler，轻量级三维石墨烯组件的力学和设计，2017年，pp. 一比九[11] M. Helou，S. Kara，晶格结构的设计、分析和制造：概述，Int.J. Comput.积分制造31（2018）243http://dx.doi.org/[12] B.D. Nguyen，S.C. Han，Y.C. 荣格，K. 康，P-表面薄壳的设计，一种具有微结构的超低密度材料，计算机。Mater.Sci.139 （2017 ）162http://dx.doi.org/10.1016/j.commatsci.2017.07.025[13] A.帕内萨尔湾Abdi，D.希克曼岛Ashcroft，使用增材制造的拓扑优化导出的功能梯度晶格结构的策略，Addit。制造19（2018）81http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2017.11。008号。[14] A.A. 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